Основания и фундаменты на просадочных грунтах - Крутов В.И.

Автор: Крутов В.И.
Теги: подземное строительство земляные работы фундаменты строительство тоннелей строительство технология строительного производства грунты
Год: 1982
Похожие
Механика грунтов основания и фундаменты
Основания и фундаменты на насыпных грунтах
Механика грунтов, основания и фундаменты
Текст
                    В. И. КРУТОВ
БИБЛИОТЕКА СТРОИТЕЛЯ
СЕРИЯ: ИНЖЕНЕРУ-ПРОЕКТИРОВЩИКУ
В. И. КРУТОВ, д-р техн, наук
КИЕВ «БУД1ВЕЛЬНИК» 1982
ББК 38.58+38.654.1
6С4.03+6С6.1
К84
УДК 624.131.23
Основания и фундаменты на просадочных грунтах/Крутов В. И. — Киев:
Буд1вельник, 1982..— 224 с.
В книге описываются основные особенности и характеристики просадоч-
ных грунтов, закономерности развития деформаций от нагрузок фундаментов^
собственного веса грунта, освещено взаимодействие свай, фундаментов, закре-
пленных массивов, приведены методы уплотнения грунтов. Даны методы рас-
чета осадок оснований и фундаментов под зданиями, расположенными на
просадочных грунтах.
Нормативные материалы приведены по состоянию на 01.01.82.
Рассчитана на проектировщиков, инженеров-строителей и изыскателей.
Табл. 9. Ил. 80. Библиогр.: 84 назв.
Рецензент докт. техн, наук С. Н. Клепиков
Редакция литературы по строительным конструкциям, деталям и изде-
лиям.
Зав. редакцией инж. А. А. Петрова
3203000000—020
М203(04)—82
© Издательство «Буд1вёльник», 1982
ПРЕДИСЛОВИЕ
Проектирование и возведение зданий и сооружений на проса-
дочных грунтах с обеспечением их прочности и нормальной экс-
плуатации — одна из наиболее важных и сложных проблем со-
временного строительства. Важность ее определяется широким
распространением просадочных грунтов и, как правило, в райо-
нах наиболее интенсивного строительства; неизбежным повыше-
нием стоимости строительства при учете просадочных деформа-
ций; возникающими иногда недопустимыми деформациями в
конструкциях зданий и сооружений при недостаточно полном
учете просадочных деформаций.
Сложность рассматриваемой проблемы вызывается специфи-
ческим и сложным механизмом развития просадочных деформа-
ций, значительной толщиной слоя просадочных грунтов, достига-
ющей иногда 25—30 м; частым отсутствием близко расположен-
ного подстилающего слоя достаточно высокой несущей способ-
ности и залеганием под просадочной толщей водонасыщенных
лессовых грунтов с повышенной сжимаемостью; необходимым
учетом при проектировании просадок грунтов, величины кото-
рых только от собственного веса иногда достигают 1—2 м, а так-
же дополнительных нагрузок от сил нагружающего трения на
уплотненные, закрепленные массивы и свайные фундаменты, воз-
никающих при просадках окружающих их грунтов от собствен-
ного веса.
Проблема строительства на просадочных лессовых грунтах
является одной из самых «молодых» в области фундаментостро-
ения и возникла, по существу, в конце 20-х годов. Становление
и начало ее развития совпало со строительством на лессовых
просадочных грунтах крупнейших металлургических, машино-
строительных и др. заводов Запорожья, Никополя, Днепропет-
ровска, Жданова, Херсона, Кузнецка в условиях, когда при не-
достаточной изученности лессовых грунтов необходимо было
решать сложнейшие вопросы обеспечения нормальной эксплуа-
тации возводимых зданий и сооружений при полном отсутствии
отечественного и зарубежного опыта.
Большой вклад в развитие проблемы строительства на про-
садочных лессовых грунтах внесли Ю. М. Абелев, В. П. Ананьев,
В. В. Аскалонов, X. А. Аскаров, Л. Г. Балаев, Н. Я. Денисов,
А. М. Дранников, А. А. Кириллов, С. Н. Клепиков, Н. И. Кригер,
1*
3
А. К. Ларионов, И. М. Литвинов, Г. М. Ломизе, Г. А. Мавлянов.,
А. А. Мусаелян, А. А. Мустафаев, Н. А. Осташев, А. Л. Рубин-
штейн, В. Е. Соколович, Р. А. Токарь, Н. А. Цытович и др.
Решение проблемы строительства на просадочных грунтах
достигнуто на основе широкого проведения наряду с лаборатор-
ными испытаниями полевых опытных работ в большом масшта-
бе, которые включали испытания грунтов штампами, опытными
фундаментами, замачивание опытных котлованов, эксперимен-
тальное строительство зданий. Подобный комплексный подход
позволил установить и более глубоко изучить основные особен-
ности, сущность, природу, номенклатурные показатели, крите-
рии и основные характеристики просадочных грунтов, а также
закономерности развития просадочных деформаций при различ-
ных источниках замачивания, взаимодействие уплотненных, за-
лрепленных массивов и свай с окружающим грунтом при просад-
ке его от собственного веса. Все это явилось физико-теоретиче-
ской основой инженерно-геологических исследований, проектиро-
вания и строительства на просадочных грунтах.
На основе учета механизма и закономерностей проявления
просадочных деформаций существенное развитие получили ин-
женерные и аналитические методы расчета просадок грунтов^
горизонтальных помещений, учета сил нагружающего трения
на уплотненные, закрепленные массивы и сваи, а также мето-
ды проектирования оснований, фундаментов и зданий на проса-
дочных грунтах.
Предлагаемая вниманию читателей книга написана как посо-
бие по проектированию, строительству и инженерно-геологиче-
ским изысканиям на просадочных грунтах. В ней по возможности
освещены все последние достижения по рассматриваемым воп-
росам, передовой опыт проектирования и строительства на про-
садочных грунтах, за исключением вопросов закрепления грун-
тов, свайных фундаментов, которым посвящены другие книги.
В книге широко использованы результаты исследований
и разработок, полученные автором, а также сотрудниками и ас-
пирантами лаборатории оснований и фундаментов на просадоч-
ных грунтах НИИОСП.
Автор выражает глубокую благодарность рецензенту докт.
техн, наук, проф. С. Н. Клепикову за замечания, высказанные
при просмотре рукописи, а также канд. геолог.-минерал. наук
Р. А. Смирнову за помощь в подготовке рукописи. Автор весьма
признателен коллективу лабораторий оснований и фундаментов
на просадочных грунтах НИИОСП, работникам многих научно-
исследовательских, проектных, строительных организаций, вузов
за поддержку и помощь в процессе проведения исследований^
внедрения результатов работ в практику.
I
Раздел!. ОСОБЕННОСТИ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
Глава I. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
СУЩНОСТЬ И ПРИРОДА ПРОСАДОЧНОСТИ ГРУНТОВ
Отличительная особенность просадочных грунтов заключа-
ется в их способности в напряженном состоянии от собственного
веса или внешней нагрузки от фундамента при повышении
влажности — замачивании давать дополнительные осадки, назы-
ваемые просадками.
К просадочным грунтам относятся лессы, лессовидные су-
песи, суглинки и глины, некоторые виды покровных суглинков
и супесей, а также в отдельных случаях мелкие и пылеватые
пески с повышенной структурной прочностью, насыпные гли-
нистые грунты, отходы промышленных производств (колоснико-
вая пыль, зола и т. п.), пепловые отложения и др.
Просадочные и основные их представители — лессовые грун-
ты широко распространены на территории нашей страны и зани-
мают около 15% ее площади в том числе на значительной части
(более 80%) территории УССР, Центральной Черноземной зоны,
Северного Кавказа, Закавказья, Поволжья, Средней Азии, Ка-
захстана, Восточной и Западной Сибири и др. сложены лессами.
За рубежом значительные площади заняты лессовыми грун-
тами в СРР, НРБ, ВНР, СФРЮ, Испании, странах Северной
Африки, Китае, Иране, Афганистане, странах Южной Америки,
США и др. [40].
Просадочность грунтов обуславливается особенностями про-
цесса формирования и существования толщ этих грунтов, в ре-
зультате чего они находятся в недоуплотненном состоянии [32—
33]. Недоуплотненное состояние лессового грунта может сохра-
няться на протяжении всего периода существования толщи, если
не произойдет повышения влажности и нагрузки. В этом случае
может произойти дополнительное уплотнение грунта в нижних
слоях под действием его собственного веса. Но так как просадка
зависит от величины нагрузки, недоуплотненность толщи лессо-
вых грунтов по отношению к внешней нагрузке, превышающей
напряжения от собственного веса грунта, сохранится. Возмож-
ность последующего уплотнения лессового грунта, находящегося
в недоуплотненном состоянии от внешней нагрузки или собст-
венного веса, при повышении влажности определяется соотноше-
5

нием снижения его прочности при увлажнении и величиной дей-
ствующей нагрузки.
Недоуплотненность грунтов выражается в их низкой степени
плотности, характеризующейся объемной массой скелета в пре-
делах обычно 1,2—1,5 т/м3, пористостью 0,6—0,45 и коэффици-
ентом пористости 0,65—1,2. С глубиной сте‘пень плотности чаще
всего повышается.
Наряду с недоуплотненностью просадочные грунты обычно ха-
рактеризуются низкой природной влажностью, пылеватым соста-
вом, повышенной структурной прочностью. Влажность их в юж-
ных засушливых районах обычно составляет всего лишь 0,04—
0,12, степень влажности 0,1—0,3, а в районах УССР, Молдавии,
Средней полосы, Сибири и др. 0,12—0,20 при степени влажности
0,3—0,6.
Структурная прочность лессовых и др. просадочных грунтоз
обусловливается в основном цементационным сцеплением. При
повышении влажности происходит снижение прочности грунта
’[32]. Как было установлено Б. В. Дерягиным, тонкие пленки
воды могут оказывать расклинивающее действие, которое ска-
зывается одновременно с прониканием воды в толщу грунта.
Пленки воды, играя роль смазки, облегчают скольжение частиц
и содействуют более плотной их укладке под воздействием дав-
ления. Сцепление увлажненного лессового грунта в этом случае
будет определяться только влиянием сил молекулярного притя-
жения, величина которых, как известно, зависит в основном от
состава и степени плотности грунта.
Просадка грунта — это сложный физико-химический процесс.
Основным его проявлением является уплотнение грунта за счет
перемещения и более компактной укладки отдельных частиц
и их агрегатов, благодаря чему понижается общая пористость
грунта до состояния, соответствующего действующему давлению.
В связи с повышением степени плотности грунта после просадки
прочностные характеристики его несколько возрастают. При
дальнейшем увеличении давления процесс уплотнения лессового
грунта в водонасыщенном состоянии продолжается, а вместе с
этим увеличивается и его прочность.
Изложенное выше показывает, что необходимыми условиями
для проявления просадки грунта являются: а) наличие нагруз-
ки от собственного веса грунта или фундамента, способной при
увлажнении преодолевать силы связности грунта; б) достаточ-
ное увлажнение, при котором в значительной степени снижается
прочность грунта. Под совместным влиянием этих двух факто-
ров и происходит просадка грунта.
Явление просадки наглядно можно проследить на примере
осадки и просадки фундаментов, установленных на лессовом
грунте естественной влажности (/) ив водонасыщенном состоя-
нии (2) (рис. 1). Участок кривой АБ на рис. 1, представляющий
собой зависимость осадки от нагрузки, практически приближа-
6
ется к прямой линии, наклонной под некоторым углом к верти-
кали. Тангенс угла наклона этой прямой характеризует сжи-
маемость лессового грунта при естественной влажности.
Участок БВ представляет собой стабилизированную просад-
ку лессового грунта от нагрузки фундамента. Из графика рис. 1
видно, что в отличие от осадки, просадка происходит без изме-
нения внешней нагрузки только под воздействием замачивания.
Однако, как было отмечено выше, для
возникновения просадки грунта необхо-
димо не только его увлажнение до опре-
деленной степени, но и наличие необхо-
димой нагрузки на него.
Кривая АСД на рис. 1 представляет
собой осадку фундамента на том же
грунте, но в водонасыщенном состоянии
и при непрерывном его увлажнении. Она
состоит из двух участков: АС — в преде-
лах которого зависимость осадки от на-
грузки имеет практически прямолиней-
ный характер, и СД — на котором на-
блюдается нелинейная зависимость осад-
ки от давления и модуль деформации по
мере увеличения давления уменьшается.
Приведенные на рис. 1 графики пока-
зывают, что полная величина деформа-
ции фундамента на лессовом грунте рав-
Рис. 1. Осадки и проезд*
ки фундаментов на про-
садочном грунте природ-
ной влажности /ив
водонасыщенном состоя-
нии 2.
няется сумме осадки и просадки.
Характер протекания деформаций во времени на просадочных
грунтах определяется их влажностью. В связи с тем что проса-
дочные грунты обычно находятся в маловлажном состоянии, де-
формация сжатия их от внешней нагрузки происходит в течение
сравнительно короткого времени. Просадка грунта, а в равной
степени и осадка в водонасыщенном состоянии, протекают в те-
чение более длительного времени, так как эти процессы связаны
с фильтрацией воды через толщу грунта.
НОМЕНКЛАТУРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
И КРИТЕРИИ ПРОСАДОЧНОСТИ ГРУНТОВ
Просадочпость грунтов и возможность ее проявления оцени-
вается по показателям и критериям просадочности.
Показатели просадочности определяют склонность грунтов
к просадкам и представляют собой совокупность характеристик
грунтов, от которых зависит их просадочность. Они являются
всего лишь номенклатурными признаками и обычно не позволя-
ют с достаточной достоверностью определить количественную
величину возможной просадочности грунта.
7
Одним из основных показателей свойств грунта, характеризу-
ющих его недоуплотненное состояние, является показатель про-
садочности [68, 74]
(1)
где е—коэффициент пористости грунта природного сложения
и влажности; ед —коэффициент пористости, соответствующий
влажности на границе текучести Wl и определяемый по форму-
ле
eL=WL-^-
TlF
(2)
где ys —плотность грунта; утг—плотность воды, принимается
равной 1.
К просадочным относятся* лессы и лессовидные грунты, для
которых при числе пластичности 0,01 ^7Р <0,1; 0,1 ^/р <0,14
и 0,14^/р <0,22 показатель просадочности П соответственно
меньше 0,1; 0,17 и 0,24.
Вторым показателем, определяющим склонность лессовых
грунтов к просадкам, наряду с недоуплотненным состоянием,
является степень влажности. Известно, что с увеличением влаж-
ности просадочность уменьшается и при степени влажности
G^0,8 недоуплотненные лессовые грунты оказываются практи-
чески непросадочными.
Третьим показателем просадочности грунтов является
структурная прочность, а вернее, степень ее снижения при ув-
лажнении грунта. Этот показатель может быть выражен через
прямые прочностные характеристики: сцепление С и угол внут-
реннего трения <р или косвенные: удельное сопротивление зонди-
рованию, сопротивление пенетрации и т. п.
Многочисленные исследования показывают, что изменение
прочности лессовых грунтов при увлажнении происходит в ос-
новном за счет снижения сцепления и частично угла внутренне-
го трения. Учитывая, что определение прочностных характери-
стик С и <р взаимосвязано, степень снижения прочности при ув-
лажнении просадочных грунтов через их прямые прочностные
характеристики следует оценивать коэффициентом /Сс, представ-
ляющим собой произведение отношений сцепления и угла внут-
реннего трения при естественной влажности в водонасыщенном
состоянии, т. е.
Степень снижения прочности лессовых грунтов при увлажне-
нии может служить количественной характеристикой просадоч-
ности. Выполненные исследования на лессовидных суглинках по-
8
называют (рис. 2), что связь между ними может быть принята
линейной.
По результатам испытаний лессовых грунтов статическим
зондированием за степень снижения прочности k3 их принима-
ется отношение сопротивления грунта конусу зонда при естест-
венной влажности Рд.е к сопротивлению того же грунта конусу
зонда в водонасыщенном состоянии Рд.в, т. е.
ka = -^-.	(4)
Гд.в
По данным статического зонди-
рования к просадочным относятся
лессовидные грунты, для которых
при давлениях на грунт 0,1; 0,2 и 0,3
МПа величина k3 соответственно
больше 2; 1,5 и 1,3.
Следует отметить, что коэффи-
циенты снижения прочности грун-
тов kc и k3 являются наиболее комп-
лексными показателями просадоч-
ности, учитывающими наравне со
структурной прочностью их степень
влажности и плотности.
Рис. 2. Зависимость относитель-
ной просадочности 6пр от сте-
пени снижения прочности лес-
совидных грунтов kQ.
Критерии просадочности связаны с внешними воздействиями,
при определенных величинах которых возможно развитие про-
садки грунтов. Критериями просадочности являются минималь-
ные значения давления и степени повышения влажности, т. е.
начальное просадочное давление Рпр и начальная просадочная
влажность ТГПр, при которых начинает проявляться просадка
грунта.
Критерии просадочности тесно связаны между собой и при
комплексном рассмотрении их вместе с относительной просадоч-
ностью дают достаточно полную характеристику просадочных
грунтов. На основе этого следует считать, что основными ха-
рактеристиками просадочности грунтов являются: относительная
просадочность бпр> начальное просадочное давление Рпр и на-
чальная просадочная влажность ТГпр, которые рассматривают-
ся ниже.
Относительная просадочность
Относительная просадочность бпр представляет собой отноше-
ние изменения толщины слоя грунта при его замачивании под
заданным давлением к его первоначальной толщине в природном
залегании и равняется
&пр =	.	(5>
Ло
где h—.высота образца грунта природной или заданной влаж-
ности, обжатого без возможности бокового расширения давле-
нием Р{, равным давлению от собственного веса вышележащего
грунта или суммарному давлению от нагрузки фундамента и соб-
ственного веса грунта; h' — высота того же образца грунта пос-
ле пропуска через него воды при сохранении давления Р; fto —
высота того же образца грунта природной или заданной влаж-
ности, обжатого давлением, равным природному без возможнос-
ти бокового расширения.
Относительная просадочность лессовых грунтов определяется,
как правило, в компрессионных
приборах на образцах ненару-
шенной структуры путем ис-
пытания их методами [27, 67]:
одной кривой с испытанием
одного образца грунта и зама-
чиванием его на конечной .сту-
пени нагрузки (рис. 3, а). Ме-
тод позволяет определить сжи-
Рис. 4. Графики зависимости:
а — относительной просадочности
дпр’> б — относительного сжатия б
от давления р на просадочный
грунт.
Рис. 3. Графики зависимости относи-
тельного сжатия 6 от давления р при
испытаниях по методам:
а — одной кривой; б — двух кривых; в —
комбинированному; г — упрощенному.
маемость грунта при природной или заданной влажности и от-
носительную просадочность при заданном давлении на грунт;
двух кривых, основанном на испытании двух образцов грун-
та с одинаковой степенью плотности, из которых один испытыва-
ется при природной влажности (7), а другой (2) в водонасыщен-
ном состоянии (рис. 3, б). Этот метод обеспечивает определение
сжимаемости грунта при природной влажности и полном водо-
насыщении, относительной просадочности в интервале изменения
давления от нуля до конечного, начального просадочного дав-
ления;
комбинированным, представляющим собой сочетание методов
одной и двух кривых (рис. 3, в);
упрощенным, основанным на испытании одного образца грун-
та и загружении его вначале при природной влажности до давле-
ния 0,1 МПа, но менее природного от собственного веса грунта,
ю
замачивании грунта при этом давлении и последующем догруже-
нии до заданного давления при непрерывном замачиваний
(рис. 3, г). Метод позволяет определить те же характеристики
грунта, что и метод двух кривых.
Иногда применяется также упрощенный метод, включающий
испытание одного образца грунта при природной влажности до
давления 0,2—0,3 МПа с последующим его замачиванием и до-
гружением и экстраполяцией сжатия грунта в водонасыщенном
состоянии по логарифмической кривой [24, 34].
Результаты определения относительной просадочности раз-
личными методами обычно оказываются достаточно близкими по
своим значениям. В частности, статистический анализ более 250
параллельных определений 6пр методами одной или двух кривых
показал, что в 22% случаев наблюдается полное совпадение,
, в 55% хорошее с отклонением 6пр до ±20%, в 75% вполне удов-
летворительное при отклонении 6пр на ±40% и только в 25%
случаев метод двух кривых дает значительные расхождения с по-
вышением бпр более чем на 40%. В целом можно отметить, что
по методам двух кривых и комбинированному относительная
просадочность оказывается на 10—20% выше, чем по методам
одной кривой и упрощенному.
При определении относительной просадочности грунтов в ком-
прессионных приборах по любому методу следует иметь ввиду,
что получаемые результаты имеют значительную вариантность
вследствие чего отдельные значения 6пр даже при испытаниях
одного образца могут отличаться в 1,5—3 и даже 5 раз. Столь
значительные колебания в значениях 6пр могут быть объяснены
малыми размерами образцов, некоторой неоднородностью грун-
та вследствие карбонатных и других включений или, наоборот»
наличием пор повышенного размера, неизбежными ошибками при
проведении исследований и др. факторами.
Многочисленные исследования показывают, что относитель-
ная просадочность зависит в основном от: давления на грунт,
степени плотности грунта природной влажности и его состава»
степени повышения влажности.
Зависимость относительной просадочности от давления на
грунт выражается характерной кривой (рис. 4, а), в соответствии
с которой при увеличении давления относительная просадоч-
ность вначале возрастает до максимального значения, а затем
. по мере повышения давления снижается до нуля [24, 33, 48].
Давление на грунт, при котором относительная просадочность
достигает максимальной величины, М. Н. Гольдштейн [24] на-
зывает первым порогом просадочности. Обычно для лессов, лес-
совидных супесей и суглинков оно равняется 0,2—0,5 МПа, лес-
совидных глин 0,4—0,6 МПа. По аналогии вторым порогом про-
садочности является давление, соответствующее снижению отно-
сит ильной просадочности до нуля. Это давление чаще всего из-
меняется в пределах 1—2 МПа.
11
Приведенная на рис. 4, а зависимость относительной проса-
дочности от давления вызывается тем, что при нагружении про-
садочного грунта природной влажности (кривая 1 на рис. 4, б)
I при определенной величине нагрузки происходит разрушение его
структуры с резким увеличением сжатия без повышения влаж-
ности грунта. При этом деформация сжатия образца по мере по-
вышения давления продолжается до тех пор, пока не будет дос-
тигнуто предельно плотное состояние грунта, определяемое сос-
тавом его минеральной части. В процессе испытания просадоч-
ного грунта при полном водонасыщении (кривая 2 на рис. 4, б)
разрушение его структуры происходит при значительно меньшем
давлении на грунт и по мере повышения давления также при
определенном его значении достигается предельная степень плот-
ности грунта. Давление, при котором сливаются кривые 1 и 2,
будет соответствовать второму порогу просадочности.
Недоуплотненное состояние просадочных грунтов при повы-
шении степени их плотности снижается и в связи с этим относи-
гРис. 5. Графики зависимости относи-
тельной просадочности 6пр от:
а — объемной массы скелета грунта (Тск) ’» б —
природной влажности грунта (w); а — числа
пластичности грунта Zp; в_ конечной влаж-
ности (шк).
тельная просадочность по мере повышения объемной массы
скелета грунта уменьшается (рис. 5, а). Аналогичным образом
с увеличением природной или исходной влажности грунта отно-
сительная просадочность снижается (рис. 5, б) и при степени
влажности 0,7—0,8 чаще всего оказывается меньше 0,01.
Ранее считалось, что по
мере повышения степени
влажности грунта при его
замачивании относительная
просадочность возрастает и
достигает	м а кси м а л ьного
ц	значения при полном водо-
‘	насыщении грунта [2, 12,
35]. Однако выполненные
НИИОСП [48] в последнее
время исследования показа-
ли, что относительная про-
садочность с повышением
конечной влажности возрас-
тает до определенного пре-
дела, а затем, несмотря на
увеличение влажности, сни-
жается (рис. 5, в). По данным этих исследований максималь-
ная величина относительной просадочности проявляется не
при полном водонасыщении, а при некоторой более низкой
влажности, при которой' создаются наиболее оптимальные
условия для уплотнения и проявления просадки грунта. Влаж-
ность, при которой достигается наибольшая относительная про-
садочность по аналогии со стандартным уплотнением [26], наз-
ванная оптимальной, оказывается близкой к границе раскатыва-
ния Wp и изменяется в пределах (0,95—1,3) Wpi
12
Зависимость относительной просадочности от состава грунта
выражается тем, что с увеличением числа пластичности бпр
уменьшается (рис. 5, г), т. е. наибольшей просадочностью при
прочих равных условиях обычно обладают супеси, а меньшей —
глины.
Начальное просадочное давление
Начальное просадочное давление Рпр представляет собой
минимальное давление от фундамента или собственного веса
грунта, при котором начинает проявляться при полном водонасы-
щении просадка грунта. По своей сущности это давление,
нарушающее природную структурную прочность грунта в
водонасыщенном состоянии, в результате чего фаза нормального
уплотнения переходит в фазу просадки, сопровождающуюся пе-
рестройкой структуры грунта и интенсивным уплотнением [41].
Из определения начального просадочного давления следует,
что величина его должна приниматься при значении относитель-
ной просадочности, близком к нулю. Однако исследования пока-
зали, что за величину начального просадочного давления по ре-
зультатам компрессионных испытаний целесообразно принимать
давление, при котором относительная просадочность бпр равна
0,01, т. е. той же величине, ниже которой грунты считаются не-
лросадочными [74]. Испытания грунтов в лабораторных услови-
ях для определения начального просадочного давления выпол-
няют методами двух кривых,
комбинированным или упро-
щенным (см. рис. 3, б, в, г).
Величина начального про-
садочного давления в полевых
условиях для случаев, когда
напряженное состояние грунта
зависит в основном от нагруз-
ки фундаментов, определяется
по комбинированному или уп-
рощенному методам (рис. 6).
Суть первого метода состоит в
том, что на каждом * участке
испытания проводят двумя
Рис. 6. Графики осадок и просадок
штампов при испытаниях по методам:
а — комбиниРованному; б — упРощенному.
штампами стандартных разме-
ров, установленными на расстоянии 3—4 м один от другого
[41]. В первом пункте штамп устанавливают на просадочный
грунт естественной влажности, отдельными ступенями загружа-
ют до заданного давления на грунт (обычно 0,2—0,3 МПа), пос-
ле чего грунт в основании штампа замачивают до стабилизации
просадки. Во втором пункте грунт предварительно водонасыща-
стся на глубину 0,8—1 м и в дальнейшем штамп нагружают
ступенями по 0,025—0,05 МПа до заданной нагрузки с непре-
рывным замачиванием грунта.
13
Исследования, выполненные в различных районах СССР, по-
казали, что на конечной ступени загрузки суммарные осадки
и просадки по методам одной и двух кривых практически совпа-
дают. Расхождение между ними обычно не превышает 5—10%.
По упрощенному методу испытание просадочного грунта при
естественной влажности и в водонасыщенном состоянии прово-
дят в одном пункте. Вначале штамп нагружают отдельными сту-
пенями по 0,025—0,05 МПа при естественной влажности грунта
до давления, близкого к начальному просадочному. Затем при
этом давлении лессовый грунт замачивают до полного водонасы-
щения на глубину не менее 0,8—1 м; после этого продолжается
загрузка штампа при непрерывном замачивании до заданной на-
грузки. Обрабатывают результаты испытаний следующим обра-
зом. Кривая осадки грунта в водонасыщенном состоянии экстра-
полируется в соответствии с характером ее изменения влево до
р = 0, а кривая осадки при естественной влажности — вправо.
Статистическая обработка 120 результатов испытаний штам-
пами просадочных лессовых грунтов различных районов СССР
показала, что в общем случае график зависимости S=f(p) при
естественной влажности в интервале изменения давления дс
0,2 МПа может быть выражен степенной кривой
(' „ \а
,	(6)
A J
где Si — осадка штампа при давлении рь при котором замачива-
ли просадочный грунт; рг —давление не более р = 0,2 МПа, при
котором определяется осадка S/ ; а — показатель степени, равный
по результатам статистической обработки а =1,2.
По результатам испытаний грунтов штампами величина на-
чального просадочного давления определяется по графику зави-
симости осадки от нагрузки для водонасыщенного состояния (см.
рис. 6) и принимается численно равной условному пределу про-
порциональности, характеризующему переход фазы нормально-
го уплотнения водонасыщенного грунта в фазу просадки. При
нечетко выраженном пределе пропорциональности за начальное
просадочное давление рекомендуется принимать давление, при
котором разность осадок штампов AS в водонасыщенном состо-
янии и при естественной влажности равняется
AS = S 8пр Л Адф • /пф,	(7)
где S Пр/ —средняя величина относительной просадочности, рав-
ная 6Пр/ =0,01; Лд.ф — деформируемая зона под штампом; —
коэффициент условий работы, принимаемый равным Шф=0,5.
Приведенные методики испытаний просадочных лессовых
грунтов при минимальном количестве опытов позволяют опреде-
лить практически все их деформативные характеристики, а имен-
но: модули деформации при естественной влажности и в водона-
сыщенном состоянии; величину начального давления; возможную
14

величину просадки штампа при любом давлении по его подошве;
степень изменчивости сжимаемости основания при его водона-
сыщении, а также сопоставить просадки штампа на конечной
ступени нагрузки, получаемые по методам одной и двух кривых.
Сопоставление величин начального просадочного давления,
определенных по рекомендованным выше методикам, показало,
что полевые испытания обычно дают на 10—40% большие зна-
чения по сравнению с лабораторными.
Выполненные исследования показали, что для различных
районов СССР величина начального просадочного давления лес-
совых грунтов изменяется от 0,02 до 0,3 МПа. Обычно же для
лессовых грунтов УССР, РСФСР и др. районов она равняется
0,08—0,12 МПа, а просадка грунта от собственного веса начина-
ется с глубины 5—7 м. В некоторых районах, сложенных лессо-
видными суглинками повышенной структурной прочности в водо-
насыщенном состоянии и по своим физико-механическим харак-
теристикам приближающимися к глинам, величина начального
давления повышается до 0,15—0,3 МПа, а просадка от собствен-
ного веса начинается с глубины 8—15 м.
Наряду с этим для отдельных предгорных районов Средней
Азии, Северного Кавказа и др. величина начального просадочно-
го давления лессовых грунтов часто снижается до 0,02—
0,06 МПа, т. е. просадка от собственного веса происходит с глу-
бины 1,0—3,5 м. В этих районах распространены лессы и легкие
лессовидные суглинки, по своим физико-механическим характе-
ристикам приближающиеся к супесям, имеющие естественную
влажность 0,03—0,08, объемную массу скелета 1,18—1,3 т/м3
и низкую структурную прочность.
Начальное просадочное давление, как показали результаты
выполненных лабораторных и полевых исследований, зависит в
основном от степени плотности и влажности грунта. С увеличе-
нием объемной массы скелета и степени влажности грунта на-
чальное просадочное давление возрастает, и эта зависимость по
данным испытаний просадочных грунтов штампами площадью
0,5 м2 имеет практически прямолинейный характер.
Начальное просадочное давление широко используется в
практике проектирования и строительства для: назначения рас-
четного давления на просадочный грунт, при котором просадка
его будет отсутствовать; определения величины деформируемой
зоны, т. е. зоны, в пределах которой происходит просадка грун-
та от нагрузки фундаментов; назначения необходимой глубины
уплотнения просадочных грунтов или толщины грунтовой подуш-
ки, полностью устраняющих просадку от нагрузки фундаментов;
определения глубины, начиная с которой происходит просадка
грунта от собственного веса на площадках со II типом грунто-
вых условий; расчета возможных величин просадок фундамен-
тов и грунтов от их собственного веса и во многих других слу-
чаях.
15
Начальная просадочная влажность
Начальная просадочная влажность №пр —это влажность,
при которой просадочные лессовые грунты, находящиеся в нап-
ряженном состоянии от внешней нагрузки фундаментов или соб-
ственного веса грунта, начинают проявлять просадочные свой-
ства [47].
За критерий при определении величины начальной просадоч-
ной влажности в лабораторных условиях по аналогии с началь-
ным просадочным давлением принимается относительная проса-
дочность, равная бпр—0,01.
Методика определения начальной просадочной влажности
в лабораторных условиях основывается на компрессионных ис-
пытаниях грунта по методу двух кривых. Из монолита грунта
вырезают 4—6 образцов. Один образец грунта испытывают при
природной влажности с загрузкой отдельными ступенями до
максимального давления (рис. 7, а, кривая /, №=0,125); при
Рис. 7. Определение начальной просадочной влажности по компрессионным
испытаниям.
этом давлении грунт замачивают до стабилизации просадки.
Второй образец вначале водонасыщается, а затем при непрерыв-
ном замачивании загружается теми же ступенями до максималь-
ного давления (рис. 7, а, кривая 2, №=0,228). Остальные образ-
цы испытывают в компрессионных приборах после предваритель-
ного повышения их влажности до величин, разделяющих предел
изменения влажности от исходной до полного водонасыщения на
более или менее равные интервалы (кривые 3, 4 и 5 с влаж-
ностью соответственно 0,162; 0,179 и 0,206).
Предварительно влажность образцов грунта повышают пу-
тем заливки в них расчетного количества воды с последующим
выдерживанием их в эксекаторе в течение 1—3 суток для вырав-
нивания влажности или путем пропаривания.
16
По полученным результатам компрессионных испытаний
строится график зависимости относительного сжатия от нагруз-
ки при различных значениях влажности (см. рис. 7, б). На этот
же график наносят вспомогательную кривую (пунктирная ли-
ния), параллельную кривой относительного сжатия при исходной
влажности, соответствующую бпр =0,01. По точкам пересечения
этой кривой с кривыми относительного сжатия лессового грунта
при различной влажности определяется давление на грунт, при
котором величина начальной просадочной влажности равняется
влажности испытуемого грунта. Полученные величины начальной
просадочной влажности и соответствующих им давлений на
грунт, равных в данном случае 0,17; 0,08; 0,06 МПа, используют-
ся для построения графиков зависимости относительной проса-
дочности при этих давлениях от степени повышения влажности
(рис. 7, б, кривые 1, 2, 3) и величины начальной просадочной
влажности от давления (рис. 7, в).
Методика определения начальной просадочной влажности
в полевых условиях включает испытание грунтов штампами в 4—
5 пунктах, расположенных на расстоянии 3—5 м друг от друга.
В первом пункте грунт испытывают при естественной влажности
до заданного давления (рис. 8, а, кривая 1,	= 0,12), во вто-
ром — в водонасыщенном состоянии (кривая 4, ^2 = 0,24). В дру-
гих пунктах грунт испытывается после предварительного повы-
шения его влажности медленным
пределах толщи глубиной 1 м
W4=0,207). В процессе испытаний
ют от его увлажнения или, на-
оборот, снижения влажности при
возможном подсыхании.
По результатам испытаний
штампами просадочных грунтов
с различной влажностью строят
графики зависимости осадки от
нагрузки (см. рис. 8, а), на кото-
рых для каждой кривой опреде-
ляется условный предел пропор-
циональности. Давление, соответ-
ствующее условному пределу про-
порциональности, представляет
собой давление на грунт, при котором начальная просадоч-
ная влажность равняется влажности испытываемого грунта.
В дальнейшем по полученным значениям начальной просадочной
влажности и давления строится график зависимости между ними
(см. рис. 8, б).
Сопоставление величин начальной просадочной влажности,
определенных по рекомендованным выше методикам, показало,
что полевые испытания обычно дают значения на 20% больше
лабораторных.
насыщением на	—и,ио в
(кривые 2 и 3 с ТГ3 = 0,178 и
поверхность грунта защища-
Рис. 8. Определение начальной
просадочной влажности по испы-
таниям штампами.
17
Начальная просадочная влажность тесно связана с началь-
ным просадочным давлением. Для каждого давления на грунт
величина начальной просадочной влажности соответствует на-
чальному просадочному давлению при влажности, равной на-
чальной просадочной влажности. Обычно применяемое понятие
начального просадочного давления для случаев полного водо-
насыщения лессового грунта обозначает минимальное давление
на грунт при максимальном значении начальной просадочной
влажности, соответствующей полному водонасыщению.
Величина начальной просадочной влажности для различных
видов определяется:
напряженным состоянием грунта под воздействием внешней
нагрузки или собственного веса, которое при соответствующем
снижении прочности грунта при его увлажнении способно пре-
одолеть внутреннюю связность и прочность грунта, вызвать нару-
шение существующей структуры и просадку грунта;
степенью плотности, характеризующей потенциальную спо-
собность его к дополнительному уплотнению при увлажнении;
прочностью структурных связей грунта и степенью ее сни-
жения при увлажнении до определенного состояния.
С увеличением давления на грунт (см. рис. 7, в и 8, б) величи-
на начальной просадочной влажности уменьшается, а с уменьше-
нием давления — возрастает. При увеличении объемной массы
скелета грунта, а также сопротивления его сдвигу в водонасы-
щенном состоянии начальная просадочная влажность прямо про-
порционально возрастает, т. е. чем выше степень плотности и
прочности грунта, тем большая нужна его степень влажности
для того, чтобы при заданном давлении началось разрушение
существующей структуры грунта и его просадка.
Начальная просадочная влажность в основном используется
для определения возможности проявления просадки лессовых
грунтов от собственного веса при повышении влажности не до
полного водонасыщения, а также зависимости относительной
просадочности от степени повышения влажности.
Учитывая, что просадка лессовых грунтов при любом давле-
нии происходит только при повышении влажности выше началь-
ной просадочной Ц7Пр, относительную просадочность при повы-
шении влажности рекомендуется вычислять по формуле
1ГК — Гпо
8ПР ,г=(8пр - 0,01)	- пр + 0,01,	(8)
**П.В **пр
где бпр.w —относительная просадочность при насыщении до за-
данной конечной влажности IFK; бпр — то же, при полном водо-
насыщении; 0,01 — величина относительной просадочности; по
которой определяется начальная влажность.
18
ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
Деформационными характеристиками просадочных лессовых
грунтов являются: модуль деформации £, коэффициент сжима-
емости а, относительное сжатие б, коэффициент изменчивости
сжимаемости а.
Модуль деформации используется для расчета возможных
величин осадок фундаментов и их неравномерности и определи-
ется, как правило, в полевых условиях путем испытания грунтов
статическими нагрузками с использованием стандартных штам-
пов площадью F=0,5 м2 по изложенной выше методике. При оп-
ределении модуля деформации по результатам компрессионных
испытаний следует иметь в виду, что значения его в этих слу-
чаях в зависимости от степени плотности и влажности получают-
ся в 1,5—10 раз меньше.
Модуль деформации просадочных грунтов зависит в основном
от влажности, степени плотности, а также от их структурной
связности и прочности. По мере повышения объемной массы
скелета грунта модуль деформации возрастает, а с увеличением
влажности уменьшается. При повышенной структурной прочнос-
ти и связности грунтов при прочих равных условиях модуль де-
формации возрастает. В связи с этим имевшиеся попытки устано-
вить зависимость модуля деформации только от степени влаж-
ности и плотности для всех видов просадочных грунтов не дали
достаточно удовлетворительных результатов. Зависимости моду-
ля деформации просадочных грунтов от степени их влажности
и плотности могут быть получены лишь для отдельных регионов
и видов грунтов, характеризующихся достаточно однородным
составом и одинаковой структурной прочностью.
В связи с тем что модуль деформации просадочных грунтов
зависит от влажности, при определении его должна указываться
средняя влажность испытываемых грунтов. Одновременно с этим
для получения достаточно полной характеристики сжимаемости
просадочного грунта модули деформации его должны опреде-
ляться при различных значениях влажности, но как минимум
при двух: наиболее характерной минимальной для исследуемого
района или установившейся и при полном водонасыщении.
Коэффициент изменчивости сжимаемости просадочных грун-
тов а представляет собой отношение характеристик сжимаемости
при природной или установившейся влажности и в водонасыщен-
ном состоянии
а = -А —	= А .	(9)
^в ^в ^в
Сопоставление коэффициентов изменчивости сжимаемости
просадочных грунтов, получаемых по полевым и лабораторным
исследованиям, показывает, что они отличаются в пределах все-
19
го 0,65—2 раза. Поэтому для практических целей вполне доста-
точно коэффициенты изменчивости сжимаемости просадочных
грунтов определять в лабораторных условиях.
Коэффициент изменчивости сжимаемости просадочных грун-
тов в основном зависит от давления на грунт, влажности и сте-
пени ее повышения при замачивании: при увеличении давления
на грунт коэффициент изменчивости возрастает, при повышении
природной влажности — снижается и при полном водонасыще-
нии приближается к единице, т. е. сжимаемость водонасыщенно-
го просадочного грунта при последующем замачивании практи-
чески не увеличивается. С увеличением степени повышения влаж-
ности просадочного грунта при его постепенном замачивании
коэффициент изменчивости сжимаемости а возрастает до макси-
мального значения, соответствующего полному водонасыщению
грунта.
ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
Прочностными характеристиками просадочных, как и обыч-
ных, грунтов являются удельное сцепление С и угол внутреннего
трения ср, которые зависят в основном от их степени влажности,
структурной прочности и в меньшей мере плотности. С повыше-
нием влажности просадочного грунта до полного водонасыщении
сцепление снижается в 2—10 раз, угол внутреннего трения в
1,05—1,2 раза. С увеличением структурной прочности прочност-
ные характеристики и, особенно, сцепление возрастают. Так же,
как и для обычных грунтов при повышении степени плотности
сцепление С и угол внутреннего трения ср возрастают.
В связи с изложенным выше прочностные характеристики
просадочных грунтов должны определяться с учетом степени их
влажности при, как минимум, двух состояниях: при природной
или установившейся влажности, которая будет в процессе строи-
тельства и эксплуатации, и в водонасыщенном состоянии. При
достаточно большом объеме исследований целесообразно опреде-
лять показатели для различной степени повышения влажности с
тем, чтобы получить зависимости С и <р от влажности в диапазо-
не ее изменения от природной до полного водонасыщения.
Исследования показали, что прочностные характеристики про-
садочных грунтов естественной структуры в водонасыщенном
состоянии в значительной степени зависят от условий проведе-
ния испытаний на сдвиг и, в частности, от давления предвари-
тельного уплотнения. Анализ результатов исследований позволя-
ет выделить три характерных стадии изменения прочностных ха-
рактеристик просадочных грунтов (рис. 9).
На I стадии при увеличении давления предварительного уп-
лотнения от нуля до величины, близкой к начальному просадоч-
ному давлению, сцепление С возрастает, а угол внутреннего тре-
20
яия ф несколько снижается. Происходит это, по-видимому, от то-
го, что при небольших уплотняющих давлениях и отсутствии
просадки естественная структура грунта практически не нару-
шается и вторичное (цементационное) сцепление по Н. Я. Дени-
сову [33] сохраняется, а первичное (межмолекулярное) сцепле-
ние за счет некоторого увеличения степени плотности и сближе-
ния частиц грунта возрастает, что и
ной величины сцепления. Одновре-
менно с этим некоторое уплотнение
грунта на этой стадии приводит к
частичному проникновению мелких
частиц в крупные поры, поверхности
скольжения сглаживаются, что вы-
зывает снижение угла внутреннего
трения.
На II стадии при увеличении
давления предварительного уплот-
нения до 0,2—0,25 МПа и соответ-
приводит к увеличению пол-
Рис. 9. Графики зависимости
давления от предварительного
уплотнения (рпу):
а —удельного сцепления (С); б —
угла внутреннего трения (<р); / и
2 — для лессовидных суглинков За-
порожья; /' и 2Г — то же, Душанбе. z-
ствующей фазе просадки грунта
происходит разрушение существу-
ющей структуры грунта. В результа-
те этого резко снижается вторичное
сцепление и, несмотря на некоторое
повышение первичного сцепления от
сближения частиц грунта при его уплотнении, полная величина
сцепления уменьшается. С увеличением давления интенсивность
снижения сцепления уменьшается. Угол внутреннего трения на
этой стадии за счет существенного повышения степени плотности
в результате просадки грунта и увеличения количества контактов
между частицами грунта возрастает.
На III стадии после проявления просадки и наступления фа-
зы послепросадочного уплотнения происходит незначительное
повышение степени плотности вновь сформировавшейся структу-
ры грунта. В связи с дальнейшим уплотнением грунта вторичное
сцепление продолжает снижаться, а первичное возрастает. Соот-
ношением их и определяется величина полного сцепления, кото-
рая, как правило, оказывается практически постоянной. В то же
время угол внутреннего трения на этой стадии за счет некоторого
повышения степени плотности и увеличения количества контак-
тов между частицами продолжает возрастать.
С учетом изложенного выше в зависимости от поставленных
задач по определению прочностных характеристик просадочных
грунтов и условий их работы в основании фундаментов или в
массиве грунта испытания на сдвиг в срезных приборах целесо-
образно выполнять по следующим трем схемам:
1-я схема — медленный сдвиг в условиях завершенной консо-
лидации (с предварительным уплотнением образцов) при при-
родной или установившейся влажности грунта, испытания по ко-
21
торой соответствуют случаям отсутствия замачивания и просадки
грунта и используются в основном для расчета оснований при
природной влажности.
2-я схема — медленный сдвиг в условиях завершенной консо-
лидации при полном водонасыщении грунта, т. е. в условиях ра-
боты грунта после проявления его просадки, результаты опреде-
ления прочностных характеристик по которой используются для
расчета оснований в случаях замачивания грунтов и допущения
возможных величин просадок.
3-я схема — быстрый сдвиг в условиях незавершенной консо-
лидации (без предварительного уплотнения образцов) при пол-
ном водонасыщении грунта. Испытания по этой схеме соответ-
ствуют состоянию процесса просадки грунта и используются для
расчета оснований, сложенных просадочными грунтами в процес-
се их замачивания и просадки.
Глава II. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ
ПРОСАДОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИИ
РАЗВИТИЕ ПРОСАДОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ПО ГЛУБИНЕ
Полевые крупномасштабные исследования по замачиванию
больших толщ просадочных грунтов при наличии опытных фун-
даментов, выполненные в различных грунтовых условиях [41] >
позволили установить общий характер развития просадок грун-
та по глубине и выявить частные случаи их проявления.
В общем случае просадки по глубине характеризуются нали-
чием трех характерных зон (рис. 10):
I — деформируемая зона, в пределах которой происходит про-
садка грунта (кривая 3) под сов-
местным действием нагрузки от
фундамента и собственного веса
грунта. Она распространяется от
подошвы - фундамента до глубины*
на которой вертикальные напряже-
ния от нагрузки фундамента о2 (кри-
Рис. 10. Зоны деформации про-
садочного грунта в основании
фундамента (общий случай).
Рис. 11. Частные случаи деформации
просадочного грунта в основании
фундамента.
22
вая 1) и собственного веса грунта os.z (кривая 2) равняются ве-
личине начального просадочного давления рПр, т. е. ez 4-сь.г =рПр-
II — пассивная зона, в которой деформации грунта при зама-
чивании практически отсутствуют, так как суммарные напряже-
ния от собственного веса грунта Об.г и нагрузки фундамента az
в ней меньше начального просадочного давления рпр .
III — зона просадки грунта от собственного веса, в пределах
которой происходит просадка грунта от его собственного веса
(кривая 4). Начинается она с глубины, где вертикальные напря-
жения от собственного веса грунта равняются начальному про-
садочному давлению (об.г=рлр), и заканчивается на нижней
границе просадочной толщи.
В зависимости от размеров фундаментов, нагрузки на них,
толщины слоя просадочного грунта и других факторов из общего
случая могут быть выделены пять частных случаев (рис. 11):
а—при небольшой толщине слоя просадочных грунтов зоны
II и III могут отсутствовать и просадка фундаментов будет про-
исходить только в деформируемой зоне от совместного действия
нагрузки фундаментов и собственного веса грунта;
б —лтри сравнительно небольших размерах фундаментов и ог-
раниченной толщине слоя просадочных грунтов зона III может
отсутствовать и просадка грунта происходит только в деформи-
руемой зоне;
в — при больших размерах фундаментов и нагрузок на них
зоны I и III сливаются, в результате чего в пределах всей про-
исходит только от собственного веса грунта.
г — при сравнительно небольшой нагрузке от фундамента или
его отсутствия и ограниченной толщине слоя просадочного грун-
та зоны I и III отсутствуют и просадка грунта при его замачи-
вании не наблюдается;
д—при сравнительно небольшой нагрузке от фундамента
или его отсутствии зона I отсутствует и просадка грунта про-
исходит только от собственного веса грунта.
Общий характер просадки грунтов (см. рис. 10) наблюдает-
ся в тех случаях, когда фундаменты возводят на естественном
основании. При подготовке оснований путем уплотнения проса-
дочных грунтов тяжелыми трамбовками, устройства грунтовых
подушек, а также при вытрамбовывании котлованов, снижении
давления на грунт до величины начального просадочного давле-
ния, закреплении верхнего слоя грунта общий случай деформа-
ции грунтов переходит в частные случаи г и д. Аналогичным
образом при уплотнении просадочных лессовых грунтов предва-
рительным замачиванием общий характер деформации просадоч-
ных грунтов переходит в частные случаи а, б, и г, когда пол-
ностью исключается возможность просадок в зоне III от соб-
ственного веса грунта.
Грунтовые условия строительных плошадок в зависимости
от возможности проявления просадки грунтов от собственного
23
веса при их замачивании подразделяются на два типа [41, 68]:
I тип — толщи просадочных грунтов, в которых просадки
грунта от их собственного веса отсутствуют, или возможные ве-
личины просадки не превышают 5 см и просадка грунта про-
исходит в основном в пределах деформируемой зоны основания
от нагрузки фундамента либо другой внешней нагрузки. К этим
толщам относятся случаи a, б, г, приведенные на рис. 11.
II тип — это толщи просадочных грунтов, в которых возмож-
на просадка грунта от его собственного веса, происходящая пре-
имущественно в нижней’ части просадочной толщи и величина
ее больше 5 см, а при наличии внешней нагрузки возможна так-
же просадка в пределах деформируемой зоны.
Тип грунтовых условий по просадочности широко использу-
ется при общей оценке условий строительства, выборе противо-
просадочных мероприятий, расчете и проектировании оснований,
фундаментов и самих зданий на просадочных грунтах.
ПРОСАДКИ ГРУНТОВ ОТ НАГРУЗКИ ФУНДАМЕНТОВ
4
Исследования особенностей и закономерностей развития про-
садок грунтов от нагрузки фундаментов показали, что они про-
исходят только в пределах деформируемой зоны (см. рис. 10)
и на участках замачивания или повышения влажности грунтов
[2, 28, 21, 41, 83]. Появление дополнительных осадок ленточных
или плитных фундаментов за пределами увлажненной зоны вы-
зывается только дополнительным обжатием грунта основания
за счет перераспределения реактивных давлений при изгибе кон-
струкций.
Просадки грунтов от нагрузки фундаментов, так же как и
от собственного веса, проявляются только в тех случаях, когда
суммарные напряжения в грунте превышают величину началь-
ного просадочного давления, а повышение влажности — началь-
ную просадочную влажность. При сумме давлений на грунт от
нагрузки фундамента и собственного веса грунта, меньшей ве-
личины начального просадочного давления, а в равной мере и
при недостаточной степени повышения влажности — просадки
фундаментов отсутствуют.
Просадка грунта от нагрузки фундамента сопровождается
уплотнением и перемещением отдельных частиц грунта и их аг-
регатов в вертикальном и горизонтальном направлениях в пре-
делах деформируемой зоны, причем преобладает уплотнение
грунта в вертикальном направлении.
При замачивании просадочного грунта под подошвой фунда-
мента снижается модуль деформации увлажненного грунта и ос-
нование может рассматриваться как двухслойное с концентра-
цией вертикальных напряжений в верхнем увлажненном слое
24
Величина и характер развития просадок грунта от нагрузки
фундамента зависят в основном от степени повышения влажно-
сти грунта и размеров увлажненной зоны. Неравномерность про-
садки фундамента вызывается изменением просадочных свойств
грунтов, и, главным образом, различными глубинами увлажне-
ния и степенью повышения влажности в пределах увлажненной
зоны.
Характер протекания просадки грунта от нагрузки фундамен-
тов во времени аналогичен уплотнению водонасыщенных гли-
нистых грунтов с большим коэффициентом фильтрации при
быстром приложении нагрузки. В первый период замачивания,
когда коэффициент фильтрации грунта сравнительно высокий,
просадка протекает быстро. Затем по мере уплотнения и умень-
шения коэффициента фильтрации при сохранении размеров ув-
лажненной зоны скорость просадки затухает и наступает ее ста-
билизация. При повторном замачивании, т. е. при увеличении
размеров увлажненной зоны, просадка вновь возрастает до тех
пор, пока не будет замочена вся деформируемая зона и не на-
ступит полная стабилизация просадки.
Сопоставление отмеченный выше особенностей деформации
лессовых грунтов при просадке их от нагрузки фундаментов и
собственного веса грунта с деформацией обычных непросадоч-
ных грунтов от внешней нагрузки указывает на значительное их
сходство. Поэтому просадку лессового грунта, находящегося в
напряженном состоянии от внешней нагрузки, можно рассмат-
ривать как осадку водонасыщенного средне- или сильносжимае-
мого грунта с модулем деформации, соответствующим данному
состоянию по влажности и плотности.
Местное замачивание лессового грунта в основании зданий
и сооружений приводит к снижению модуля деформаций на за-
моченном участке и основание становится неравномерно сжима-
емым. В этом случае по условиям работы конструкций оно прак-
тически не будет отличаться от оснований, сложенных обычными
неравномерно сжимаемыми грунтами. Основная разница состоит
лишь в том, что осадку фундаментов на лессовом грунте естест-
венной влажности к моменту местного замачивания следует
считать полностью законченной и дальнейшее увеличение ее мо-
жет иметь место только вследствие перераспределения реактив-
ных давлений по подошве фундаментов.
ПРОСАДКИ ГРУНТОВ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА
Просадки поверхности грунтов от собственного веса при за-
мачивании их сверху характеризуются (рис. 12): вертикальными
перемещениями, называемыми просадками; наклоном; кривиз-
ной поверхности и горизонтальными перемещениями, т. е. прак-
тически теми же видами деформаций, что и при горных выработ-
ках [41, 84].
25
Просадка поверхности грунта от собственного веса в общем
виде при замачивании на значительной площади имеет вид, при-
веденный на рис. 12, б, и характеризуется:
горизонтальным участком просадки грунта В в средней час-
ти замачиваемой площади;
двумя криволинейными участками изменения просадок
грунта г (на рис. 12 вместо г дана величина Д).
распространением просадки грунта в стороны от замачивае-
мой площади Лпр';
просадкой грунта в средней части замачиваемой площа-
Ди S“p .
Размер горизонтального участка просадки грунта В опреде-
ляет среднюю часть замачиваемой площади, в пределах которой
просадка грунта оказывается
практически одинаковой и из-
меняется не более чем на 5—
8% от средней величины про-
садки в этой области. Он зави-
сит от физико-механических
характеристик замачиваемых
грунтов, ширины замачиваемой
площади б, глубины замачива-
ния Н. Величина его прибли-
женно равна В = Ь—Н, т. е. го-
ризонтальный участок просад-
ки грунта может наблюдаться
только при замачивании пло-
щадей шириной Ь, превышаю-
щей глубину замачивания или
величину просадочной толщи
Я. При небольшой ширине за-
мачиваемой площади — менее
величины просадочной толщи,
горизонтальный участок про-
садки грунта отсутствует и
Рис. 12. Общий характер развития на
замачиваемой площади (а) просадок
поверхности грунта (б), наклонов
(в, 1) и кривизны поверхности (в, 2)
и горизонтальных перемещений грун-
та (а).
просадка поверхности грунта будет состоять из двух криволиней-
ных участков MN величиной г.
В соответствии с рис. 12, а, б длина криволинейного участка
просадки грунта от собственного веса равна
г = £пр + -Ц В' ,	(10)
Аг
а при В—0 максимальная величина будет равна
г = £Пр +	•	(11)
Величина распространения просадки грунта в стороны £пр
непосредственно связана с шириной распространения воды L
в стороны от замачиваемой площади и, как показывают резуль-
26
таты их сопоставления, отношение между ними колеблется в пре-
делах 0,8—1,4, что позволяет принять Lnp --L.
Анализ экспериментальных кривых просадки поверхности
грунта от собственного веса, полученных в различных районах
СССР, показал, что характер изменения просадки грунта на кри-
волинейных участках MN (см. рис. 12, б) при начале координат
в точке N с наибольшей степенью приближения описывается
уравнением косинусоиды вида
ом.з. i	\
5(м в) _	! + cos _ х
2	\	г /
Косинусоида имеет прогиб в точке К с координатами — и
2
5 г -
. .?р,гр , где кривизна ее наибольшая.
2
Вычисленные просадки различных точек поверхности грунта
совпадают с замерен-
достаточно хорошо
они между собой
±20%. Несколько
наблюдаются иног-
фактический харак-
по выражению (12)
ными. Отличаются
обычно в пределах
большие отклонения
да в тех местах, где
тер кривой просадки грунта вследствие
наличия просадочных трещин искажа-
ется.
°пр.гр
Рпс. 13. Зависимость ве-
личины просадки грунта
от собственного веса от
ширины замачиваемой
площади (увлажненной
зоны) по:
Величина просадки поверхности грун-
та от собственного веса в средней части
замачиваемой площади вследствие воз-
никающих сил трения и сцепления между
увлажненной зоной и окружающим ее
неувлажненным массивом грунта в зна-
чительной мере зависит от ширины за-
мачиваемой площади b (рис. 13). При
/ — прямой; 2 — полуветви
синусоиды; 3 — косинусоиде;
4 — полуэллиптической кри-
вой.
недостаточных размерах ширины зама-
чиваемой площади даже при обильном увлажнении грунта
на глубину, превышающую границу /гс.в (см. рис. 10), с которой
происходит просадка грунта от собственного веса, последняя
часто отсутствует. Это означает, что для возникновения про-
садки грунта от собственного веса для каждого вида грунта не-
обходимы определенные размеры замачиваемой площади или
увлажненной зоны. Одновременно с этим полная просадка грун-
та начинает проявляться только при определенных размерах
источников замачивания Ь2-
Характер изменения просадки грунта Snp.rp на участке от Ь\
до &2 в зависимости от вида грунта, его физико-механических
характеристик может быть описан одной из кривых, приведенных
на рис. 13. В частности, по исследованиям А. С. Ковалева и
Н. И. Фролова [80], при замачивании просадочных грунтов тол-
щиной #=25 м из круглых водоисточников на Келесском масси-
27
ве орошения параметры Ь\ и Z>2 оказались равными соответствен-
но 2 и 15 м, зависимость Snp.rp f(b) описывается полуэллипти-
ческой кривой, а из протяженных источников-каналов в зоне
Большого Ставропольского канала 61 = 1 м, 62 = 8 м при Я=25 и
и зависимости 5^р.Гр f(b) на участке от Ь^ до 62 по прямой линии.
Наклон и кривизна поверхности грунта в пределах горизон-
тального участка В просадки грунта (см. рис. 12, в) равны нулю.
На криволинейных участках MN эти величины определяются по
выражению (12).
Наклоны поверхности грунта, представляющие собой тангенс
угла наклона касательной к кривой неравномерных просадок, оп-
ределяются как первая производная из уравнения кривой про-
садки (12), т. е.
tg 0 ----— sin — х .	(13}
г г г
Из полученного выражения (13) видно, что наклоны поверх-
ности грунта на криволинейном участке изменяются по синусои-
де. На начальных участках кривой при х=0 и х = г наклоны рав-
няются нулю. Максимальный наклон имеет место в точке переги-
ба при х = — и равняется
tge„ =---------(14)
Z*	4W
Кривизна поверхности на криволинейных участках просадки
грунта в пределах их отдельных наибольших по длине частей
принимается равной
2(^nprS2npf-1) ,	(15)
Х1 xi—\
а условный радиус кривизны /?ус криволинейного участка про-
садки грунта
/?ус---(1+т»),	(16)
^пр.гр
где Snp.z и Snpj-i — просадки поверхности грунта, определяемые
по формуле (12), на участке с координатами xt и Xz-i;
тп — коэффициент, численно равный Snp.rp, м.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУНТОВ
ПРИ ПРОСАДКАХ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА
Выполненные в разное время исследования позволили уста-
новить, что горизонтальные перемещения поверхности грунта-—
это следствие неравномерных вертикальных перемещений — про-
садок и изменения напряженного состояния грунта вследствие
замачивания и его просадки [42].
Эксперименты показывают, что в первый период замачивания
наблюдаются только просадка грунтов при отсутствии горизон-
28
тальных перемещений. Последние появляются лишь при относи-
тельной разности просадки около 3—5 мм на 1 м и в дальней-
шем по мере увеличения разности просадки увеличиваются до
максимальной величины, соответствующей данному виду грунта
и условиям замачивания. .
В плане горизонтальные перемещения проявляются практи-
чески в пределах тех же участков, на которых происходят нерав-
номерные просадки грунта (см. рис. 12, а), т. е. на криволиней-
ных участках кривой просадки поверхности грунта. С увеличени-
ем времени развития неравномерных просадок соответственно
возрастает область горизонтальных перемещений грунта.
В начальных точках криволинейного участка кривой просадки
грунта горизонтальные перемещения равняются нулю. По мере
удаления от этих точек горизонтальные перемещения увеличива-
ются до некоторой максимальной величины, при дальнейшем
удалении абсолютная величина горизонтальных перемещений
уменьшается до нуля. Векторы горизонтальных перемещений по-
верхности грунта направлены к центру замачиваемой площади.
Максимальная величина горизонтальных перемещений наб-
людается, как правило, в точках, где величина просадки грунта
равняется половине максимальной величины на рассматривае-
мом поперечнике.
В общем случае при замачивании площадей значительных в
плане размеров горизонтальные перемещения поверхности грун-
та характеризуются наличием трех зон (см. рис. 12, г): зон гори-
зонтального уплотнения /*о* зон горизонтального разуплотнения
грунта Го и нейтральной зоны.
В пределах зон горизонтального уплотнения происходит уп-
лотнение грунта с перемещением его от периферии в сторону цент-
ра замачиваемой площади. По мере удаления от границы нейт-
ральной зоны абсолютная величина горизонтальных перемеще-
ний поверхности грунта увеличивается до максимальной величи-
ны на границе с зоной горизонтального разуплотнения.
В пределах зон горизонтального разуплотнения грунта так
же происходят горизонтальные перемещения поверхности грунта
в сторону оси замачиваемой площади. Но так как с удалением
от границы зоны уплотнения полная величина горизонтальных,
перемещений постепенно уменьшается до нуля, они приводят к
разуплотнению грунта у поверхности. Разуплотнение грунта вы-
ражается появлением в нем растягивающих напряжений и обра-
зованием просадочных трещин, которые, как правило, распола-
гаются только в пределах этой зоны.
Границы зон горизонтального уплотнениями разуплотнения
грунта, характеризуемые максимальной абсолютной величиной
горизонтальных перемещений, практически совпадают с участ-
ком максимального наклона кривой просадки грунта от собст-
венного веса. В связи с этим для аналитических расчетов ширину
распространения каждой из этих зон в плане г0 можно принять
29
поверхности отсутствуют, при
с площадей ограниченной ширг
а	б
Рис. 14. Изменение горизонтальных
перемещений по глубине (а) и эпюра
горизонтальных перемещений в мас-
сиве грунта (б).
одинаковой и равной половине длины криволинейного участка
о	Г
кривой просадки, т. е. г0— — .
В нейтральной зоне, совпадающей в плане с горизонтальным
участком просадки грунта В, в пределах которого просадки
грунта практически равномерные, горизонтальные перемещения
~ замачивании лессового грунта
гы, например из каналов, тран-
шей и т. п. источников ней-
тральная зона пропадает и
горизонтальные перемещения
будут характеризоваться на-
личием зон уплотнения и раз-
уплотнения грунта.
В процессе просадки грун-
та при постепенном увеличе-
нии размеров увлажненной зо-
ны происходит постепенное пе-
ремещение границ описанных
выше зон, вследствие чего
представленный на рис. 12, г
плавный характер распределе-
ния горизонтальных переме-
щений будет искажаться.
На ровном участке и при
горизонтальном напластовании
грунтов горизонтальные перемещения развиваются практически
симметрично относительно центра замачиваемой площади
(см. рис. 12, г). При наклонных напластованиях грунтов макси-
мальная величина развития горизонтальных перемещений
смещается в сторону, противоположную падению слоев. На косо-
горных участках горизонтальные перемещения развиваются в
основном в верхней части и абсолютная величина их резко воз-
растает.
Изучение горизонтальных перемещений в массиве показало,
что с увеличением глубины они уменьшаются в зоне горизонталь-
ного разуплотнения практически по прямолинейному закону
(рис. 14, а кривая 2), а в зоне горизонтального уплотнения — по
криволинейному (кривая 1). Подобный характер развития гори-
зонтальных перемещений в массиве грунта обуславливается тем,
что в результате просадок за пределами замачиваемой площади
происходит образование призм обрушения и поворот их относи-
тельно некоторой оси.
Эпюра развития горизонтальных перемещений по глубине
(рис. 14, б) показывает, что с глубиной уменьшается не только’
абсолютная величина горизонтальных перемещений, но и зона
их развития. Области развития горизонтальных перемещений по
глубине имеют форму, близкую к полуэллипсу.
30
Под влиянием горизонтальных перемещений, вследствие воз-
никающих дополнительных напряжений, в зонах горизонтального
уплотнения происходит некоторое повышение степени плотности
верхнего слоя грунта, залегающего от поверхности до глубины,
с которой происходит просадка грунта от собственного веса. Ве-
личина этого уплотнения сравнительно небольшая и на опытной
площадке ЮТЗ в г. Никополе по шурфам, расположенным у
центра котлована на глубину до 6—8 м, в пределах которой вер-
тикальное сжатие грунта отсутствовало, составила 0,03—
0,10 т/м3, т. е. увеличилась на 2—6% по сравнению с естест-
венной.
ПРОСАДКИ ГРУНТОВ ПРИ ПОДЪЕМЕ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ вод
Застройка территорий, сложенных просадочными лессовыми,
а также глинистыми грунтами, приводит к неизбежному повыше-
нию их влажности и подъему уровня грунтовых вод [9, 19, 41].
Повышение влажности грунтов и подъем уровня грунтовых вод
вызываются нарушением естественных условий стока поверхност-
ных вод за счет застройки территорий, устройства планировоч-
ных насыпей, засыпки оврагов и др. понижений; изменением
условий аэрации при экранировании территорий; утечкой про-
изводственных вод; созданием новых водохранилищ и др.
Установившаяся в процессе эксплуатации застроенных терри-
торий влажность лессовых грунтов изменяется по глубине и оп-
ределяется геологическим строением толщи, фильтрационной и
водоудерживающей способностью отдельных литологических
слоев грунта. Общая закономерность изменения установившейся
влажности в лессовой толще сводится к тому, что в соответствии
с водоудерживающей способностью в слоях суглинков она ока-
зывается равной 0,7—0,9 1^р, а в слоях супесей — 0,6—0,75 Wp .
Наряду с этим в пределах одного слоя в зависимости от фильт-
рационной способности прилегающих слоев она изменяется,
уменьшаясь по мере приближения к более фильтрующему слою
и, наоборот, увеличиваясь при приближении к слою с низким ко-
эффициентом фильтрации.
В верхнем деятельном слое грунта на глубину 3—5 м от по-
верхности установившаяся влажность в суглинках обычно по-
вышается до 1—1,1 Wp , а в супесях и лессах до 0,8—0,9 IVP.
В нижней части, примыкающей к уровню грунтовых вод, влаж-
ность грунтов в зоне капиллярного поднятия повышается до
влажности, близкой к полной влагоемкости.
Повышение влажности лессовых грунтов при застройке тер-
риторий приводит к медленному снижению прочности грунтов за
счет размягчения связывающего частицы лессового грунта при-
родного цемента и повышению их сжимаемости. В результате
этого нарушается установившееся природное равновесие между
напряженным состоянием грунтов и их сжимаемостью. Повыше-
31
ние сжимаемости оказывается равносильным повышению нагруз-
ки на грунт и может привести к дополнительной осадке грунта,
названной М. Н. Гольдштейном [23] замедленной просадкой.
Это является одной из главных причин часто наблюдающегося
длительного протекания осадок фундаментов на лессовых грунтах
или же появления дополнительных осадок при отсутствии источ-
ников замачивания.
Изложенные положения подтверждаются приведенными на
рис. 15 данными наблюдений за просадками глубинных марок,
t
Рис. 15. Графики просадки глубинных марок:
1 — на свободной территории; 2 — под фундаментом.
установленных под фундаментами и на окружающей территории
сборочного корпуса Запорожского трансформаторного завода
(ЗТЗ) после того, как за счет подъема уровня грунтовых вод
просадки поверхности грунта и фундаментов составили 350—
400 мм. За 6,5 лет наблюдений уровень грунтовых вод и зона
капиллярного подъема повысились на 1,2—1,5 м. Просадки по-
верхности грунта на открытой территории в точке, расположен-
ной на расстоянии 20 м от корпуса, за этот же период составили
56 мм, а фундаментов 68—110 мм. Причем происходили они в
основном в пределах глубины 21 —16 м (см. рис. 15), т. е. высо-
ты подъема уровня грунтовых вод и зоны капиллярного повыше-
ния влажности. Величина просадок грунтов в пределах высоты
подъема уровня грунтовых вод и зоны капиллярного повышения
влажности под фундаментами составила 43—66 мм, а на откры-
той территории — 36 мм.
Наряду с этим в слоях грунта на глубине 6—18 м происхо-
дили замедленные просадки при незначительном повышении
влажности грунтов. На открытой территории в пределах этой
глубины замедления просадка составила 20 мм при повышении
влажности грунта на отдельных горизонтах всего лишь на 0,01.
Под корпусом цеха влажность в нижних слоях повысилась на
0,02—0,03 и соответственно замедленная просадка составила 19—
38 мм. Интенсивность развития замедленной просадки весьма
незначительная и обычно составляет 3—6 мм в год.
Степень неравномерности развития просадок грунтов при
подъеме уровня грунтовых вод зависит в основном от равномер-
ности его повышения. В рассмотренном случае при изменении вы-
соты подъема уровня грунтовых вод от 1,2 до 1,5 м просадки
грунтов в пределах корпуса длиной 350 м изменялись от 68 до
110 мм.
32
Описанные выше, а также многие другие исследования пока-
зывают, что степень неравномерности просадок грунтов при рав-
номерном подъеме уровня грунтовых вод составляет всего лишь
до 1,5—2 мм на 1 пог. м и в 20—40 раз меньше, чем при зама-
чивании просадочных грунтов сверху, когда она может доходить
до 50—70 мм на 1 пог. м.
При местном куполообразном подъеме уровня грунтовых вод
степень неравномерности развития просадок поверхности грун-
грунтов от их собственного
веса при местном куполо-
образном подъеме уровня
грунтовых вод:
1 и 2 соответственно через 50 и
98 суток; 3 — границы куполо-
образного подъема уровня грун-
товых вод.
Графики подъема уровня грун-
товых вод (/) и просадок:
2 — репера 3; 3 — репера 2;. 4 — фундамента
трубы на естественном основании; 5 — фунда-
мента стана (грунтовые сваи); 6 — поверхно-
сти земли; 7 — фундамента колонн на естест-
венном основании.
та резко возрастает. Выполненные специальные исследования на
ЗТЗ по куполообразному подъему уровня грунтовых вод на пло-
щади размером в плане 20X30 м путем замачивания грунта сни-
зу через скважины, расположенные по сетке 4,5x5 м, показали,
что в этом случае кривая просадки поверхности грунта имеет вид,
аналогичный кривой при замачивании сверху (рис. 16) и так-
же может быть описана уравнением косинусоиды. В данном
случае при подъеме уровня грунтовых вод на высоту 7,5 м сте-
пень неравномерности просадки составила до 5 мм на 1 пог. м,
причем просадки грунтов происходили в основном в верхнем
слое, залегающем на глубине 11,5—13 м.
Опыты показывают, что просадки наблюдаются в тех случаях,
когда подъем уровня грунтовых вод и зоны капиллярного повы-
шения происходит в пределах слоев, обладающих просадочными
свойствами. В частности, несмотря на то что уровень грунтовых
вод с 1938 г. по 1958 г. в Никополе поднялся на 5,2—6,4 м
(рис. 17), просадки грунта отсутствовали, так как нижние слои
лессов не обладают просадочными свойствами. После 1958 г.
подъем уровня грунтовых вод и зоны капиллярного повышения
происходит в пределах просадочных грунтов, следствием чего и
2 1-W33
33
являются постоянно увеличивающиеся просадки зданий, соору-
жений и всей территории завода.
Интенсивность развития просадок грунта от собственного
веса при подъеме уровня грунтовых вод определяется просадоч-
ностью нижних слоев грунта и скоростью подъема уровня грун-
товых вод, а полная величина — их относительной просадоч-
ностью. В соответствии с этим скорость развития просадок изме-
няется в широких пределах — от нескольких мм до 6—10 см в
тод (по примеру Южнотрубного завода — ЮТЗ).
Сопоставление фактических величин сжатия отдельных слоев
грунта с расчетными, полученными на основе компрессионных
испытаний, показывает, что фактические величины просадок
оказываются значительно большими расчетных. Так, например,
нижние слои лессов на территории ЮТЗ и суглинков на ЗТЗ
по результатам компрессионных испытаний оценивались как
практически не просадочные. В то же время просадка террито- '
рии за счет их сжатия составила на ЮТЗ на 1969 г. 10— 60 см,
а ЗТЗ до 50 см. Значительные расхождения расчетных просадок
с фактическими, по-видимому, вызваны условностью методики
компрессионных испытаний на просадочность.
Неравномерность развития просадок грунтов при местном ку-
полообразном подъеме уровня грунтовых вод, также как и при
замачивании сверху, обусловливается; неравномерным подъемом
уровня грунтовых вод и взаимодействием увлажненного и неув-
лажненного массивов грунта. В результате этого взаимодействия
за счет сил трения и сцепления происходит зависание увлажнен-
ного грунта, расположенного у краев области подъема уровня
грунтовых вод, перераспределение вертикальных давлений от
собственного веса грунта и соответственно снижение возможных
величин просадок в пределах наиболее увлажненной и повыше-
ние в менее увлажненной частях массива.
ВЛИЯНИЕ ПЛАНИРОВОЧНЫХ НАСЫПЕЙ И ВЫЕМОК
НА ПРОСАДКУ ГРУНТОВ
На просадки грунтов существенное влияние оказывают пла-
нировочные насыпи, которые, являясь своего рода маловодопро-
ницаемым экраном, во-первых, вызывают повышение влажности
грунтов за счет нарушения естественных условий аэрации и, во-
вторых, создают дополнительную нагрузку на грунты. Из-за это-
го нарушается установившееся природное равновесие между
прочностью существующей структуры просадочного грунта и его
напряженным состоянием от собственного веса, что, в конечном
итоге, даже при отсутствии замачивания может привести к до-
полнительным осадкам грунта.
Одним из примеров подобного явления может служить опыт
возведения путепроводов под дамбой через балку Капустянку
в Запорожье [41]. Основание путепровода и прилегающих к нему
34
/
откосов дамбы сложено лессами и лессовидными суглинками об-
щей толщиной до 20 м, которые на глубину 12—15 м обладают
просадочными свойствами. Лессовидные суглинки в основании
опор путепроводов были уплотнены тяжелыми трамбовками на
глубину 1,5 м.
После возведения фундаментов и опор путепроводов при на-
грузке по подошве фундаментов около 0,06 МПа была произве-
ду
Рис. 18. Горизонтальные смещения
верха опор (а), эпюра дополнитель-
ных нагрузок и профиль осадки опор
(б) путепровода в Запорожье.
Рис. 19. Эпюра дополнительных
и разгружающих напряжений (а)
и профиль просадки (б) корпуса
в Запорожье.
дена отсыпка примыкающей к нему дамбы высотой 9,5—10,5 м
и шириной по верху около 30 м. Через полгода после окончания
отсыпки дамбы были обнаружены весьма существенные осадки
опор путепровода (рис. 18), равные по крайним опорам 280 и
600 мм, а по средней опоре— 180 мм и отклонения их верха от
вертикали до 90—160 мм при практически полном отсутствии за-
мачивания лессовых грунтов.
Выполненные дополнительные инженерно-геологические
изыскания и обследования показали повышение влажности лес-
совых грунтов по всей глубине: под 5-й опорой с 0,11 до 0,2; 1-й
опорой с 0,13 до 0,17, а под 3-й опорой до 0,14.
Анализ имевшихся материалов показал, что дополнительные
осадки опор и отклонение их от вертикали произошли под сов-
местным влиянием двух факторов: повышения влажности грун-
тов и дополнительной нагрузки от насыпи. Повышение влажнос-
ти повысило сжимаемость лессовых грунтов под опорами 3, 1 и 5
соответственно в 1,5; 2,5 и 4 раза. Одновременно с этим произош-
ло существенное увеличение нагрузок от веса насыпи на лессовые
грунты основания (см. рис. 17), что и вызвало дополнительные
осадки опор с характерным профилем их развития.
Значительно влияют планировочные насыпи на просадку
грунтов, особенно при подъеме уровня грунтовых вод. Это под-
2*
35
тверждается многими случаями повышения просадок как терри-
торий, так и зданий и, в частности, опытом эксплуатации сбороч-
ного корпуса на ЗТЗ в Запорожье.
Здание сборочного корпуса размером в плане 97,2X240 м воз-
ведено в 1960 г. на слоистой толще лессов и лессовых суглин-
ков, которые на глубину до 21 м обладают просадочными свой-
ствами. Грунты в основании фундаментов уплотнены тяжелыми
трамбовками на глубину 2 м. Перед началом возведения здания
была отсыпана планировочная насыпь толщиной до 3,5 м у оси
1 (рис. 19). Кроме этого, в средней части здания имеется под-
вальное помещение глубиной 6,5 м размером в плане 30X60 м.
Осадки здания начались в 1963—1964 гг. и проходили со ско-
ростью до 35—80 мм в год и к концу 1968 г. составили по оси 1
235—350 мм, а по 41-й оси 3—50 мм.
Анализ инженерно-геологических условий и особенностей экс-
плуатации здания показал, что основной причиной дополнитель-
ных осадок фундаментов является подъем уровня грунтовых вод,
который с 1952 по 1967 г. в пределах участка расположения
здания поднялся на 4,5 м. Наряду с подъемом уровня грунтовых
вод происходило повышение влажности нижних слоев грунта,
примыкающих к уровню грунтовых вод, у оси 1 с 0,1 до 0,18, а у
оси 41 с 0,12 до 0,14—0,17.
Подъем уровня грунтовых вод и зоны капиллярного повыше-
ния влажности привели к просадке нижних слоев лессового
грунта от собственного веса как в пределах расположения зда-
ния, так и на окружающей его территории. Причем замеренные
величины просадок фундаментов и близко расположенных к ним
незастроенных участков практически совпадают. Это указывает
на то, что просадки происходят за счет сжатия нижних слоев,
залегающих ниже сжимаемой толщи от нагрузки фундаментов.
Величины просадок грунта тесно увязываются с толщиной пла-
нировочной насыпи. Максимальные просадки к концу 1968 г. ве-
личиной до 500 мм были замерены за пределами здания, где тол-
щина планировочной насыпи составляла около 4,5 м.
В пределах здания просадки фундаментов также тесно увя-
зываются с толщиной планировочной насыпи и величинами до-
полнительных давлений от нее (см. рис. 18). Весьма интересным
является резкое снижение в 1,8—2 раза просадок фундаментов
колонн в подвальном помещении, где нагрузка на нижние слои
грунта за счет устройства технологического подполья уменьши-
лась в среднем на 0,12 МПа.
Таким образом, рассмотренный пример показывает, что пла-
нировочные насыпи увеличивают просадку грунта от собствен-
ного веса при подъеме уровня грунтовых вод, а выемки грунта —
наоборот уменьшают просадку.
При устройстве глубоких выемок под подвалы, приямки на
большой площади, каналы, туннели, а также при срезке грунта
при его планировке происходит снижение величины просадочной
36
толщи, напряженного состояния в грунте, глубины, с которой
происходит просадка грунта от собственного веса, и, как след-
ствие этого, возможной величины просадки. Величина просадоч-
ной толщи и напряженное состояние в грунте обычно снижаются
пропорционально повышению глубины выемки или срезки. В свя-
зи с тем что начальное просадочное давление с глубиной, как
Рис. 20. Графики зависимости
глубины выемки (Лв), при которой
просадка отсутствует от:
а — величины начального просадоч-
ного давления; б — просадки грунта от
собственного веса; 1 — Ставропольский
канал; 2 — Вахшская долина; 3 — Дан-
гаринская долина.
правило, возрастает, а относительная просадочность уменьшает-
ся, интенсивность снижения возможной величины просадки
и глубины, с которой она происходит, по мере повышения глуби-
ны выемки возрастает.
Анализ результатов выполненных исследований показывает,
что глубина выемки hQ (рис. 20), при которой просадка грунта
от собственного веса отсутствует, зависит в основном от: величи-
ны просадочной толщи, начального просадочного давления, воз-
можной величины просадки грунта. С увеличением просадочной
толщи необходимая глубина выемки йв, при которой просадка
грунта от собственного веса будет отсутствовать, возрастает.
Построенные по результатам исследований Ковалева А. С. [38]
и Сквалецкого Е. Н. [70] графики зависимости глубины выемки
йв , при которой просадки отсутствуют, от величины начального
просадочного давления и просадки грунта (см. рис. 20) показы-
вают, что при величине просадочной толщи 25—27 м с увеличе-
нием начального просадочного давления и просадки грунта ве-
личина hB снижается и для рассматриваемых толщ лессовых
грунтов изменяется от 8 до 17 м.
Часто выемки грунтов под каналы, тоннели, подвалы, приям-
ки имеют ограниченные размеры в плане, при которых просад-
ки грунтов от собственного веса зависят от ширины замачивае-
мой площади. Поэтому в подобных случаях при оценке возмож-
ной величины просадки грунтов от собственного веса необходимо
одновременно учитывать зависимости ее от ширины замачивае-
мой площади и глубины выемки. Вполне очевидно, что по мере
уменьшения ширины замачиваемой площади глубина выемки йв,
при которой просадки отсутствуют, будет снижаться, что равно-
ценно повышению начального просадочного давления.
Таким образом, рассмотренные некоторые особенности разви-
тия просадок грунтов при устройстве планировочных насыпей
и выемок грунта оказывают существенное влияние не только на
возможные величины просадок, но и на изменение условий стро-
37
ительства. В частности, подсыпки грунтов и планировочные на-
сыпи за счет увеличения просадочной толщи, нагрузки на про-
садочный грунт могут привести к переводу грунтовых условий из
I типа по просадочности во II. При срезке грунтов и устройстве
глубоких выемок, наоборот, за счет снижения напряженного сос-
тояния, величины просадочной толщи возможен переход грунто-
вых условий из II в I тип по просадочности.
ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОДЫ
В ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ
Основными источниками замачивания и повышения влажнос-
ти просадочных грунтов в основании зданий и сооружений
являются: утечки воды из коммуникаций (водопровода, канали-
зации, теплофикации) и технологических устройств (резервуа-
ров, бассейнов, моечных площадок и т. п.); атмосферные осадки,
фильтрация воды из каналов-оросителей в орошаемых районах;
изменение условий аэрации при застройке территорий; повыше-
ние уровня грунтовых вод и др. Все эти источники замачивания
могут проявляться в любой период строительства и эксплуатации
зданий и сооружений.
В зависимости от характера, интенсивности замачивания
грунтов, размеров источника замачивания, образующихся форм
увлажненных зон, степени повышения влажности и других фак-
торов при проектировании оснований и фундаментов на проса-
дочных грунтах следует учитывать возможность замачивания и
повышение влажности вследствие:
а)	местного замачивания грунтов основания сверху, приво-
дящего к просадкам грунтов на ограниченной площади в преде-
лах верхней части или реже — всей просадочной толщи;
б)	интенсивного замачивания грунтов основания сверху в те-
чение длительного времени, в результате чего происходит прома-
чивание грунтов на всю просадочную толщу и полное проявле-
ние просадок как от собственного веса грунтов, так и нагрузок
от фундаментов;
в)	подъема уровня грунтовых вод, вызывающего просадку
нижних слоев грунта в основном от его собственного веса;
г)	медленного повышения влажности просадочного грунта
основания, вызванного нарушением природных условий испаре-
ния грунтовой влаги вследствие застройки и асфальтирования
территории и постепенного накопления влаги при инфильтрации
в грунт поверхностных вод.
Проникая в лессовый грунт сверху, вода распространяется
и перемещается в толще как сверху вниз, так и в стороны от ис-
точников увлажнения, образуя увлажненную зону грунта. На
характер формирования и размеры увлажненной зоны влияет це-
лый ряд факторов и, в частности: форма и размер источника за-
мачивания, характер литологического строения толщи лессовых
грунтов, их фильтрационные свойства и др.
38	1
Рис. 21.
Схемы увлажненных зон при
замачивании из источников:
а — точечных; б — большой ширины.
При местном замачивании из точечных (колодцы, разрывы
коммуникаций и т. п.), а также линейных источников замачива-
ния (узких траншей, каналов) в грунте образуется увлажненная
зона, имеющая в поперечном сечении форму, близкую к усечен-
ному эллипсу (рис. 21, а). Интенсивное замачивание сверху зна-
чительной площади, как правило, приводит к образованию ув-
лажненной зоны по форме, близкой к трапеции (рис. 21, б).
В связи с тем, что макси-
мальные просадки, как по аб-
солютной величине, так и сте-
пени неравномерности прояв-
ляются при интенсивном илк
местном замачивании сверху,
наиболее опасными для здании
и -сооружений являются имен-
но эти случаи. Поэтому они и
должны учитываться в первую
очередь при расчетах возмож-
ных величин просадок и конструкций зданий на неравномер-
ные деформации. В то же время при полном отсутствии возмож-
ности замачивания просадочных грунтов сверху при расчетах
должны учитываться возможные случаи подъема грунтовых вод
или местного повышения влажности в пределах толщи проса-
дочных лессовых грунтов.
^Обобщая результаты выполненных исследований [18, 35, 41,
57у 58,61, 62]:, характер изменения влажности в однородных тол-
щах лессовых грунтов в пределах увлажненной зоны и ее очерта-
ние» можно принять следующими. Непосредственно под замачи-
ваемой площадью шириной b (см. рис. 21) распространение
воды происходит вертикально и степень влажности грунта близка
к полному водонасыщению. За пределами замачиваемой площа-
ди вода распространяется вниз и в стороны и в этой части увлаж-
ненной зоны степень влажности изменяется от максимальной,
близкой к полному водонасыщению, до естественной у границы
увлажненной зоны. Переменная влажность грунта в пределах
увлажненной зоны обуславливается различными видами замачи-
вания. Непосредственно под источником замачивания распола-
гается зона гравитационного движения воды. Ниже ее и в сторо-
ны от источника замачивания располагаются зоны капиллярного
движения и пленочного перемещения влаги.:
Распространение воды в стороны от замачиваемой площади,
определяющие границу увлажненной зоны, происходит по неко-
торой кривой (см. рис. 21), которая с достаточной для практиче-
ских целей точностью может быть принята в виде прямой, накло-
ненной под углом р к вертикали. Анализ экспериментальных
данных по распространению воды в стороны от источника замачи-
вания показывает, что угол наклона прямой р для лессовидных
супесей и лессов в среднем равняется 20—40°, а для лессовид-
39
них суглинков 45—55° при средних значениях соответственно
35° и 50°.
В слоистых по водопроницаемости толщах лессовых грунтов
распространение воды и распределение влажности в пределах
увлажненной зоны происходит значительно сложнее. Влажность
лессовых грунтов под замачиваемой площадью неравномерная,
уменьшается по мере приближения к более фильтрующему
слою и увеличивается на границе слоя с малой фильтрацион-
ной способностью. Растекание воды в стороны от источника за-
мачивания в пределах верхней части отдельных слоев аналогич-
но характеру распространения ее в однородных толщах, т. е. в
лессовидных супесях и лессах под углом 35°, а в суглинках 50°
к вертикали. В нижней части слоя по мере приближения воды
к слою с меньшей фильтрационной способностью угол растека-
ния воды увеличивается, а у кровли слоя с большей фильтра-
ционной способностью, наоборот, уменьшается.
Распространение воды в стороны от источника замачивания
зависит от рельефа местности и, главным образом, от наклона
отдельных слоев грунта, увеличиваясь в сторону понижения мест-
ности и наклона слоев и с низкой фильтрационной способностью.
Анизотропность фильтрационных свойств лессовых грунтов,
состоящая в том, что коэффициент фильтрации в горизонталь-
ном направлении по данным лабораторных исследований обыч-
но в несколько раз меньше, чем в вертикальном, оказывает
влияние, но не является решающим фактором при формировании
увлажненной зоны в толщах неоднородных лессовых грунтов.
В соответствии с изложенным выше распространением воды в
стороны от края источника замачивания L приближенно равт
няется
L=zH- tg₽-m₽,	(17)
где mp —коэффициент, учитывающий различную фильтрацион-
ную способность слоев и принимаемый равным для: однородных
толщ =1; неоднородных толщ с повышенной фильтрационной
способностью верхнего слоя =1,4—2; с пониженной =0,7.
РАЗВИТИЕ ПРОСАДОК ГРУНТОВ ВО ВРЕМЕНИ
Как отмечалось ранее, просадки проявляются при повышении
влажности грунтов и наличии достаточной нагрузки на них.
В связи с этим характер протекания просадок грунтов во вре-
мени в значительной мере определяется особенностями повыше-
ния их влажности, видом источника замачивания и в опреде-
ленной степени изменением нагрузки на грунт.
Просадка грунта может произойти в любой период строи-
тельства и эксплуатации здания или сооружения по мере воз-
никновения замачивания или повышения влажности грунта и
проявиться лишь после того, как влажность его повысит началь-
40
ную просадочную влажность в пределах всей или части увлаж-
ненной зоны. При местном аварийном замачивании просадка
грунтов в пределах деформируемой зоны от нагрузки фундамен-
тов обычно протекает' быстро во времени с интенсивностью 1—*
5 см в сутки и после прекращения замачивания через несколько
суток наступает ее стабилизация. В том случае, если первичное
замачивание грунтов происходило в пределах лишь части дефор-
мируемой зоны или просадочной толщи, то каждое последующее
замачивание будет приводить к просадкам грунтов до тех пор,
пока не будет увлажнена вся деформируемая зона или просадоч-
ная толща. По мере возрастания нагрузки на грунт просадка
увеличивается и полная ее стабилизация наступает при достиже-
нии максимальной или проектной нагрузки и промачивании всей
толщи просадочных грунтов.
При непрерывном интенсивном замачивании сверху развитие
просадки грунтов от их собственного веса во времени опреде-
ляется виновном продвижением вниз фронта увлажнения и фор-
мированием увлажненной зоны. В этом случае просадка начи-
нается после того, как фронт увлажнения достигает глубины
Лс.в, с которой начинается просадка грунта от собственного веса
и заканчивается после промачивания всей толщи просадочных
грунтов и завершения формирования увлажненной зоны. Иссле-
дования показывают, что при непрерывном замачивании ско-
рости просадок во времени сначала возрастают до максималь-
ной величины, а затем снижаются. После прекращения замачи-
вания скорости просадок грунтов, как правило, вначале
возрастают, что вызывается снижением их влажности и создани-
ем более благоприятных условий для самоуплотнения грунта,'а
затем стабилизируются.
Развитие просадок грунтов во времени при подъеме уровня
Трунтовых вод связано с интенсивностью повышения уровня
грунтовых вод, относительной просадочностью нижних слоев
грунтов. Стабилизация уплотнения грунта в этом случае прохо-
дит в течение длительного времени и связана с оттоком свобод-
ной воды из пор грунта, скелет которого находится во взвешен-
ном состоянии. При возможном последующем снижении уровня
грунтовых вод снимается взвешивающее действие воды, увели-
чивается нагрузка на грунт до бытовой и начинается повторная
просадка грунта. Так, например, при интенсивном замачивании
на площадке очистных сооружений в Херсоне произошел подъем
уровня грунтовых вод на высоту 14—16 м. Испытание водонасы-
щенного лессового грунта штампами площадью 0,5 м2 показало,
что осадки их при нагрузке 0,1 и 0,2 МПа равнялись 62 и 180 мм,
а после снижения уровня грунтовых вод на 2 м возросли
соответственно на 42 и 50 мм. В данном случае основными при-
чинами появления дополнительных осадок штампов являются
снижение влажности грунтов, взвешивающего действия воды и
возникновение грунта благоприятных условий для уплотнения
41
При длительном интенсивном замачивании просадка грунта
от собственного веса во времени имеет характерный вид, при-
веденный на рис. 22. В связи с тем что природа просадочности
грунта связана со снижением прочности его при замачивании
и полным или частичным растворением солей, многие специалис-
ты, занимающиеся ирригационным и гидротехническим строи-
тельством [35, 66, 80], подразделяют просадочную деформацию
Рис. 22. График просадки по-
верхности грунта во времени:
А — начало просадки; Б — прекра-
щение замачивания.
ка два вида: просадку и послепро-
садочное уплотнение. При этом к
просадке грунта относят сравни-
тельно быстро протекающую в тече-
ние 1—3 месяцев первую часть про-
садочного процесса и связывают ее
со снижением структурной прочнос-
ти грунта, а к послепросадочному
уплотнению — дальнейшее проса-
дочное уплотнение грунта и связы-
вают его с суффозионными процес-
сами (растворением солей) и консо-
лидацией грунта.
Следует отметить, что такое представление развития просад-
ки грунта от собственного веса во времени достаточно условное,
как и. существующие предложения по установлению границы
между просадкой и послепросадочным уплотнением. С учетом
происходящих -при замачивании грунтов физико-химических прр-
цессов более правильно просадку грунтов во времени рассмат-
ривать как реологический процесс их уплотнения, связанный с
нарастанием пластических деформаций во времени при постоян-
ной нагрузке и влажности {82].	' ;
Наблюдения показывают, что просадка грунта от собственно-
го веса даже при интенсивном непрерывном замачивании сверху
происходит в течение длительного времени и полное затухание
ее наступает лишь через 1—3 года после начала замачивания.
Определение величины стабилизированной просадки грунта ана-,
литическим путем с учетом происходящих при этом реологичес-
ких процессов представляет собой весьма сложную задачу. Од-
нако при наличии данных наблюдений за просадкой грунта в
первые месяцы ее развития на опытных или производственных
котлованах достаточно точное решение этой задачи может быть
получено на основе экстраполяции кривых просадки грунта во
времени по гиперболе
*^прЛ — ^лр.п ~--»	(18)
t + a
где Snpj—величина просадки в заданное время, мм; 5пр.п~ пол-
ная величина стабилизированной просадки, мм; t — время после
начала просадки, при которой определяется экстраполирован-
ная просадка 5пр.ь сутки; а — параметр развития просадки во
42
• \
времени (размерность — сутки), определяемый по формуле (21).
Полную величину стабилизированной просадки Snp.n опреде-
ляют исходя из того, что она наступает через 300 суток после
начала просадки (t п=300) и вычисляется по экспериментально
полученным значениям 5прл и Snp.2 на моменты времени h и &
(см. рис. 21) по формуле
*$пР.п *$пр.2	\	/
__1 _____1
где	tga=—Ц---------(20)
^2
’ tg (X.	(21)
Выполненные сопоставления расчетных просадок по формуле
(18) с замеренными в натуре показали, что они отличаются
между собой не более чем на ±10—15%. Это доказывает, что
приведенный метод экстраполяции кривых просадки грунта во
времени дает вполне удовлетворительные результаты.
Глава III. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
С УПЛОТНЕННЫМИ, ЗАКРЕПЛЕННЫМИ МАССИВАМИ И СВАЯМИ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Рассмотренные выше основные особенности и закономерности
развития просадочных деформаций проявляются не только на
поверхности грунта, под фундаментами неглубокого заложения,
но и в случаях полной или частичной прорезки просадочных грун-
тов сваями, опорами, глубинного уплотнения, закрепления про-
садочных грунтов. Исследования показывают, что при устройстве
массивов, уплотненных пробивкой скважин (грунтовыми свая-
ми), закрепленных силикатизацией, обжигом, а также свайных
фундаментов происходит взаимодействие их с окружающим про-
садочным грунтом (30, 31, 45, 49). Это взаимодействие возника-
ет и развивается благодаря наличию сил трения и сцепления
между массивами, сваями и окружающим просадочным грунтом
как при природной влажности, так и в процессе его замачивания
и развития просадки. Характер развития взаимодействия опре-
деляется в основном типом грунтовых условий по просадочности,.
особенностью замачивания и развития просадок грунтов, жест-
костью и прочностью уплотненных и закрепленных массивов, не-
сущей способностью свай и др. факторами.
На площадках с I типом грунтовых условий по просадочности
просадки грунтов от собственного веса отсутствуют или величи-
ны их не превышают 5 см, что в практических расчетах не учи-
43.
тывается. При замачивании расположенных на этих площадках
загруженных вертикальной нагрузкой уплотненных, закреплен-
ных массивов и свайных фундаментов окружающий их просадоч-
ный грунт не деформируется и возникающие по поверхности
уплотненных, закрепленных массивов и свай силы трения и сцеп-
ления f будут разгружать их и будут направлены вверх. В этих
случаях характер взаимодействия уплотненных, закрепленных
\ массивов и свай с окружающим просадочным грунтом аналоги-
чен обычным непросадочным грунтам с той лишь разницей, что
силы трения и сцепления f при замачивании просадочных грун-
тов резко снижаются.
На площадках со II типом грунтовых условий по просадоч-
ности замачивание грунтов, окружающих уплотненные, закреп-
ленные массивы и сваи приводит к просадке их от собственного
веса. В том случае, если относительное сжатие загруженных мас-
сивов или свай окажется значительно меньшим просадки окру-
жающего грунта на отдельных горизонтах по глубине, то просе-
дающий грунт начинает нависать на уплотненном, закрепленном
массиве или свае. Возникающие между ними силы трения и
сцепления будут направлены вверх и приведут к разгрузке ок-
ружающего просадочного грунта и соответственно к дополнитель-
ному нагружению уплотненного, закрепленного массива или
свай. В этом случае силы трения и сцепления имеют не только
противоположное направление, но и оказывают обратное воздей-
ствие и поэтому их называют «отрицательным трением», «нега-
тивным трением», «нагружающим трением». Последнее название
наиболее удачное, так как в большей степени отражает суть про-
исходящего явления.
ВЛИЯНИЕ ПРОСАДОК ОКРУЖАЮЩИХ ГРУНТОВ
НА УПЛОТНЕННЫЕ МАССИВЫ
Основные методы глубинного уплотнения просадочных грун-
тов со II типом грунтовых условий по просадочности следующие:
пробивка скважин с последующим заполнением их местным гли-
нистым грунтом с уплотнением (метод получил название уплот-
нение грунтовыми сваями); предварительное замачивание и за-
мачивание с глубинными взрывами. При применении последних
двух методов вокруг уплотненных массивов образуются проса-
дочные трещины, которые в значительной мере должны снижать
влияние последующей просадки окружающих грунтов на уплот-
ненный массив. Поэтому изучение влияния просадок окружаю-
щих грунтов от их собственного веса на уплотненные массивы
производилось для случаев применения глубинного уплотнения
пробивкой скважин.
Первая серия исследований несущей способности и осадок
уплотнённых массивов с загрузкой их опытными фундаментами
площадью I—4 м2 выполнялась в 1966—1971 гг. в Запорожье
[44, 31]. При исследованиях не учитывалась возможность разви-
44
тия в полной мере сил нагружающего трения по поверхности уп-
лотненных массивов. В связи с этим размеры испытываемых
уплотненных массивов принимались шириной 4—5 и длиной 5—
7 м (т. е. не более 0,2—0,3 величины просадочной толщи), что
значительно меньше обычно применяемых под зданиями. При
испытании девятиэтажного крупнопанельного здания, кроме это-
го, была принята разреженная в нижней части сетка располо-
жения пробитых скважин: около половины скважин пробивалось
через одну на половину глубины просадочной толщи.
Результаты первой серии исследований уплотненных массивов
при просадках окружающих их грунтов от собственного веса
показали, что во всех случаях осадки уплотненных грунтов при
их полном водонасыщении от нагрузки опытных фундаментов,
равной 0,25—0,3 МПа, в пределах сжимаемой зоны составляли
2—4 см и соответствовали модулю деформации 12—20 МПа.
Однако наряду с осадкой в сжимаемой зоне проходило сжатие
уплотненного грунта в нижней части уплотненного массива и под-
стилающего его непросадочного лессового грунта. Суммарная
величина сжатия равнялась 0,7—0,9 от максимальной величины
просадки окружающего уплотненный массив просадочного грунта
от собственного веса. По этим данным нередко делались не впол-
не обоснованные выводы о недостаточной надежности глубин-
ного уплотнения грунтов пробивкой скважин.
Последующий анализ работы испытанных уплотненных мас-
сивов по осадкам поверхностных и глубинных марок с учетом
возможных эпюр распределения напряжений от нагрузки фунда-
ментов и собственного веса грунта показал, что столь значитель-
ное сжатие нижней части уплотненных массивов и подстилающих
их непросадочных лессовых грунтов могло произойти лишь
вследствие передачи на уплотненные массивы дополнительной
весьма значительной нагрузки от нависания окружающих грун-
тов при просадке их от собственного веса. Это явление, раскры-
вающее сущность взаимодействия уплотненных и закрепленных
массивов с окружающим их грунтом при просадке его от соб-
ственного веса, в дальнейшем более детально было изучено при
испытаниях уплотненных площадок на Хортицком жилом масси-
ве Запорожья и в г. Галаце институтом «Инчерк» (СРР) [49].
В Хортице испытывали уплотненный массив размером в пла-
не 11X11 м. Уплотнение выполнялось на глубину 20 м, т. е. на
всю величину просадочной толщи пробивкой скважин станком
ударно-канатного бурения БС-1М с диаметром пробивного сна-
ряда 425 мм. Пробитые скважины при этом имели диаметр 0,5—
0,55 м. Скважины располагались в шахматном порядке по сет-
ке 1,1 XU м, что обеспечивало среднее значение объемной
массы скелета в пределах уплотненного массива не ниже
1,65 т/м3 [31].
Участок расположения опытного уплотненного массива сло-
жен до глубины 30 м слоистой толщей из лессов и лессовидных
45
суглинков, разделенных слоями погребенной почвы. Слои на глу-
бину 21 м от поверхности обладают просадочными свойствами
и относятся ко II типу грунтовых условий по просадочности с рас-
четной величиной просадки грунтов от собственного веса 95 см.
Для замера величин дополнительных давлений, возникающих
в уплотненном массиве при просадках примыкающего просадоч-
ного грунта от его собственного веса, на расстоянии 2,5 м от
края котлована на глубинах 5, 7, 9, 11 и 13 м были установлены
грунтовые месдозы. Уплотненный массив испытывали при одно-
стороннем замачивании грунта из примыкающего к нему котло-
вана размером в плане 10X50 м. В котловане были устроены две
буронабивные сваи диаметром 600 мм, опирающиеся на глубине
21 м на красно-бурые лессовидные суглинки, имеющие объемную
массу скелета 1,6—1,7 т/м3.
Осадки и просадки грунтов в пределах уплотненного масси-
ва, замачиваемого котлована и на прилегающей к ним террито-
рии замеряли по поверхностным и глубинным маркам нивелиро-
ванием относительно системы неподвижных исходных реперов.
В результате замачивания грунтов в котловане в течение 1,2
месяца максимальные просадки в котловане составили 800 мм,
буронабивных свай С-1 и С-2 соответственно 331 и 460 мм, а са-
мой крайней части уплотненного массива —56 мм, в то время
как просадка грунта у противоположной стороны замачиваемо-
го котлована равнялась 440 мм (рис. 23). Сопоставление проса-
док грунтов по торцам котлована показывает, что в пределах
уплотненного массива они распространялись на ширину 5—6 м,
т. е. на 0,2—0,3 глубины просадочной толщи, а с притивополож-
7$ 800ММ
Рис. 23. Эпюра просадок
поверхности грунта в кот-
ловане (/), возле уплотнен-
ного массива (2) и бурона-
бивных свай С-1 и С-2 (по
данным Гупаленко В. И. и
Руденко А. А.).
Рис. 24. Кривая просадки (/) окру-
жающего грунта (2) от собственного
веса и уплотненного массива (3) в
г. Галац:
4 — котлован для замачивания; 5 — пло-
щадь, загруженная равномерно распреде-
ленной нагрузкой.
ной стороны при отсутствии уплотненного грунта — на 24 м, или
1,2 просадочной толщи. Просадка грунта в пределах уплотнен-
ного массива происходила, начиная с глубины 16 м й значитель-
ная ее часть — 20 мм за счет сжатия подстилающих просадоч-
ных лессовых грунтов, в то время как просадка грунтов естест-
венного сложения в котловане и за его пределами начиналась
с глубины 5—6 м.
46
Исследования показали, что развитие просадок грунтов
в котловане сопровождается увеличением давления в уплотнен-
ном массиве, зафиксированного в начальный период по всем
месдозам. К сожалению, в дальнейшем месдозы, установленные
на глубине 5, 7, 9 и 13 м, вышли из строя. Месдоза на глубине
11 м зафиксировала увеличение давления с 0,22 МПа до
0,34 МПа, т. е. в результате нависания окружающего грунта при
просадке его от собственного веса в уплотненном массиве возник-
ли дополнительные вертикальные давления, равные 0,12 МПа
и соответствующие 0,55 от величины бытового давления.
Исследования работы уплотненных массивов при просадках
окружающих грунтов от их собственного веса в Галаце выполня-
лись в два этапа. На первом этапе изучали влияние просадок
окружающих грунтов на уплотненные массивы при различной
глубине уплотнения и отсутствии на них нагрузки от здания, а на
втором — при уплотнении на всю глубину просадочной толщи
и наличйи внешней нагрузки, имитирующей нагрузку от здания.
Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой
скважин в СРР выполняли станками ударно-канатного бурения
«Уралец» с весом ударного снаряда 1,2 т, диаметром наконечни-'
ка 325 мм, устраивающими скважины диаметром 35—40 см.
При этих параметрах уплотнения расстояния в осях между сква-
жинами принимаются равными 1 м и среднее значение объемной
массы скелета массива по всей глубине равняется 1,65 т/м3.
Участок проведения опытных работ сложен лессами и лессо-
видными суглинками, которые на глубину 22 м обладали про-
садочными свойствами с расчетной просадкой от собственного
веса грунта до 1,2 м.
Исследования выполняли в двух котлованах. В первом из них
размером в плане 37ХЮ0 м у торцов были выполнены уплотнен-
ные массивы размером в плане 14X14 м на глубину 10 и 14 м, а
во втором размере в плане 55x55 м — уплотненный массив раз-
мером 25x25 м на глубину 21,5 м.
Результаты исследований работы уплотненных массивов при
просадке окружающих грунтов на первом этапе показали, что
при фактических просадках грунтов от собственного веса, равных
1016 мм, уплотнение просадочных грунтов на 0,5; 0,7 и на всю
глубину просадочной толщи приводит к снижению возможных
просадок соответственно на 17, 36 и 95%, причем основная их
часть происходит за счет нависания на уплотненные массивы ок-
ружающих просадочных грунтов.
По результатам исследований второго этапа на уплотненном
массиве размером 25X25 м было установлено, что при замачива-
нии его по всему периметру в результате нависания окружающих
просадочных грунтов на полосах шириной 6—10 м возникают
просадки поверхности уплотненного массива, происходящие в ос-
новном за счет сжатия подстилающего слоя. Наибольшая нерав-
номерность просадок от 170—270 до 60 мм развивается на полосе
47
шириной 4—6 м, т. е. 0,18—0,27 от величины просадочной толщи
(рис. 24). Средняя осадка уплотненного массива в пределах за-
груженной площади размером в плане 10X10 м равномерно
распределенной нагрузкой 0,2 МПа до замачивания равнялась
54 мм, а после замачивания увеличилась до 104 мм. В данном
случае наряду с нависанием окружающего просадочного грунта
на уплотненный массив и возникновением в нем дополнительных
просадок по его периметру происходит обратный процесс — сни-
жение просадок грунта естественного сложения до 430—750 мм
(см. рис. 24), т. е. 42—72%, что явилось результатом разгрузки
грунта при нависании его на уплотненный массив.
Таким образом, полученные результаты исследований свиде-
тельствуют о том, что при просадках окружающих грунтов от
собственного веса происходит взаимодействие их с уплотненными
массивами, в результате которого по боковой поверхности уплот-
ненных массивов возникают силы нагружающего трения, приво-
дящие к передаче дополнительной нагрузки на уплотненные мас-
сивы, к их дополнительным осадкам и соответственно к снижению
давления от собственного веса в окружающем грунте и возмож-
ных величин его просадок.
ВЛИЯНИЕ ПРОСАДОК ГРУНТОВ НА ЗАКРЕПЛЕННЫЕ МАССИВЫ!
Влияние просадок окружающих грунтов от их собственного
веса на закрепленные силикатизацией столбы изучалось Ростов-
ским Промстройниипроектом в Элисте на опытном участке, сло-
женном на глубину до 24 м лессовидными просадочными су-
глинками, которые подстилались более плотными суглинками.
Природная влажность просадочных суглинков составляла 0,08—
0,11, объемная масса скелета на глубину до 15,5 м 1,55—1,56 т/м3,
а ниже 1,56—1,62 т/м3. При величине просадочной толщи 24 м
расчетная просадка грунта от собственного веса составляла око-
ло 90 см.
На опытной площадке в котловане размером в плане 24X40 м
было выполнено однорастворной силикатизацией закрепление
двух столбов площадью в плане по 6 м2, расположенных на рас-
стоянии 6 м один от другого. Грунт в одном из них закрепили
на глубину 24 м, т. е. на всю просадочную толщу, а в другом
на 15,5 м со следующими основными параметрами: плотность
раствора жидкого стекла — 1,07 т/м3; удельный расход жидкого
стекла — 55 кгс/м3; радиус закрепления от каждой скважины —
0,8 м; число скважин под каждую опору — 4 шт. При этом сред-
нее значение прочности закрепленного грунта равнялось
0,33 МПа.
На закрепленной опоре, полностью прорезающей просадочную
толщу, на глубине 3,5 м в шурфе был установлен опытный фунда-
мент с размерами по подошве 1,5X2,4 м. При максимальной на-
грузке на закрепленный грунт 0,25 МПа осадка фундамента до
замачивания грунта равнялась 10,9 мм, что соответствует моду-
лю деформации закрепленного грунта 35 МПа.
Замачивали закрепленные и окружающие просадочные грун-
ты из котлована площадью 24X40 м и глубиной 0,5 м за два
этапа в течение ПО суток. Наблюдения за просадками грунтов
выполнялись по поверхностным и глубинным маркам.
Просадка грунта от собственного веса в средней части котло-
вана составила 622—738 *мм, опытного фундамента на закреп-
ленном грунте — 733—792 мм, а поверхности закрепленного
столба на глубину 15,5 м от 707 до 725 мм. Полученные данные
свидетельствуют о весьма существенном влиянии сил нагружаю-
щего трения, возникающих при просадках окружающих грунтов,
на осадки закрепленных столбов небольшой площади в плане.
Вполне очевидно, что при больших размерах в плане закреплен-
ных столбов влияние сил нагружающего трения на них должно
быть меньше и осадки их значительно уменьшились. Это под-
тверждается результатами испытаний закрепленных обжигом
массивов в Запорожье.
Закрепленные обжигом массивы размером в плане 8X12 й
12X15 м испытывались Запорожским отделением НИИСК на
площадке, сложенной на глубину 20 м просадочными суглинками
и супесями с расчетной величиной просадки грунтов от собствен-
ного веса около 50 см.
Закрепляли грунты на всю величину просадочной толщи с
перекрытием отдельных обожженных столбов.
Замачивали обожженные массивы из котлована размером в
плане 20X20 м, от которого вследствие развития просадок грун-
тов от собственного веса по коротким сторонам обожженных
массивов возникали силы нагружающего трения.
В результате просадок грунтов в котловане до 300 мм проис-
ходили осадки обожженных массивов, величины которых со сто-
роны котлована для замачивания составили 60—80 мм, и распро-
странялись практически по всей длине обожженных массивов.
При этом характер осадок поверхности этих массивов был анало-
гичен осадке уплотненных массивов при их одностороннем
замачивании (см. рис. 23).
Данные наблюдений за глубинными марками показали, что
сжатие закрепленных обжигом грунтов происходило, начиная
с глубины 6—8 м, без появления существенных осадок подстила-
ющего слоя, сложенного плотными красно-бурыми суглинками.
Анализ кривых распространения просадок грунтов в стороны
от котлована показал, что в пределах закрепленных массивов
величины их оказались в 2—3 раза меньшими по сравнению с
грунтом естественной структуры.
Результаты выполненных исследований позволили установить,
что при просадках окружающих грунтов происходит взаимодей-
ствие их с закрепленными массивами, вследствие чего на них пе-
редаются дополнительные нагрузки от нависания окружающего
49
грунта и закрепленные силикатизацией и обжигом массивы, так-
же как и уплотненные массивы, получают дополнительные осад-
ки, которые должны учитываться при проектировании.
СИЛЫ НАГРУЖАЮЩЕГО ТРЕНИЯ НА СВАИ
Исследования сил нагружающего трения на буронабивные
и тензометрические сваи в Запорожье [31] выполнялись на опыт-
ных участках, сложенных лессами и лессовидными суглинками,
которые на глубину 18—22 м обладали просадочными свойства-
ми с расчетной просадкой грунтов от собственного веса 85—
95 см. Опытные сваи опирались, как правило, на непросадочные
красно-бурые суглинки и располагались в котлованах размером
в плане 10X50 и 25X50 м, в которых происходили просадки
грунтов, близкие к расчетным.
Результаты выполненных исследований [30, 31] показали,
что испытанные сваи, несмотря на полную прорезку просадочных
грунтов и отсутствие на них внешней нагрузки, при замачивании
окружающих просадочных грунтов получили просадки, которые
по абсолютной величине всего лишь на 10—70% оказались мень-
ше просадок грунтов на прилегающей площади. В частности при
испытаниях в Хортицком жилмассиве (см. рис. 23) при макси-
мальной просадке поверхности грунта в котловане 785 мм про-
садка свай С-1 и С-2 равнялась 331 и 460 мм и на 30—70% ока-
залась меньше просадки прилегающего грунта. Совместная про-
садка свай и прилегающего к ней грунта продолжалась лишь
в первые 15 дней, в дальнейшем при просадке грунта более
200 мм произошло проскальзывание грунта по свае, после чего
интенсивность просадки свай уменьшилась, а грунта несколько
возросла. По приведенным на рис. 23 данным достаточно четко
прослеживаются области нависания просадочного грунта на
сваи, в пределах которых просадки грунтов за счет влияния
сваи значительно снижаются. Диаметр этой области для сваи
С-1 в данных грунтовых условиях оказался равным 3,5 м и сваи
С-2—5 м.
Вскрытие одной из буронабивных свай, просадка которой при
отсутствии нагрузки равнялась 775 мм, а окружающего грунта
785 мм, позволило установить, что под пятой сваи после просад-
ки грунта образовалась уплотненная зона глубиной 0,8 м и диа-
метром 2 м; в пределах уплотненной зоны объемная масса скеле-
та грунта повысилась с 1,68 до 1,95 т/м3 и в среднем на 0,14 т/м3.
Аналитические подсчеты отметили практически полное совпаде-
ние суммарных объемов сжатия грунта в пределах уплотненной
зоны при просадке пяты сваи и по увеличению объемной массы
скелета грунта. Для достижения фактически полученных значе-
ний объемной массы скелета грунта и размеров уплотненной зо-
ны дополнительная нагрузка от сил нагружающего трения на
сваю должна быть равна не менее 800—1000 кН.
50
Замер сил нагружающего трения по одной из тензометричес-
ких свай показал, что величины их возрастают по мере повыше-
ния просадки грунта. При просадке сваи 0,27 м силы нагружаю-
щего трения на глубине 4; 8 и 12 м соответственно равнялись
0,034, 0,028 и 0,026 МПа. При этих значениях дополнительная на-
грузка на сваю диаметром 0,6 м за счет нависания грунта в пре-
делах глубины от 0 до 12 м оказалась равной 660 кН.
Силы нагружающего тре-
ния по боковой поверхности
свай при просадках грунтов от
собственного веса в Никополе
изучались на опытном участке,
сложенном на глубину до 30 м
лессами и лессовидными суг-
линками [30]. Две тензометри-
ческие сваи диаметром 0,6 и
0,5 м длиной 16 и 22 м, а так-
же четыре буронабивные сваи
диаметром 0,5 м с уширением
1,6 м и длиной 16 м были рас-
положены в котловане разме-
а — усилий в динамометрах; б — осадок
свай (по опытам Григорян А. А. и Григо-
ряна Р. Г.).
ром в плане 20X20 м. Просад-
ки грунтов замеряли по поверхностным и глубинным маркам,,
установленным на глубину до 20,7 м (рис. 25). Динамометры
в тензометрической свае I располагались на глубинах, м: 1 —-
15,7; 2 — 10; 3 — 6,1, а в свае II на глубинах: 4 — 21,7; 5 — 12,7;
6 — 9,2 м. * Тензометрические сваи I и II до замачивания грунтов
были загружены нагрузкой соответственно 550 и 600 кН.
При замачивании грунтов в течение 70 суток просадка глу-
бинной марки, установленной на глубине 6,2 м, составила около
300 мм, загруженных тензометрических свай I и II около 280 и
190 мм, а сваи III, служившей одним из анкеров при загрузке
сваи I, порядка 100 мм. Как видно из рис. 25, динамометры
в сваях включались в работу постепенно по мере продвижения
фронта увлажнения грунта вниз. Значительное увеличение уси-
лий в динамометрах совпадает с началом развития просадок
грунта. Наибольшие усилия зафиксированы динамометром /,
расположенным у пяты загруженной сваи I. При осадке сваи
около 200 мм усилия в динамометре возросли до 832 кН, т. е. на
282 кН превысили вертикальную нагрузку на сваю. По получен-
ным данным максимальная величина дополнительной нагрузки
на сваю I за счет сил нагружающего трения при просадке окру-
жающего грунта равняется 282 кН и нарастает скачками, чему„
по-видимому, способствуют значительные перемещения просадоч-
ного грунта относительно сваи.
* Динамометры 2 и 3 вскоре вышли из строя, поэтому их показания наг
рис. 25 отсутствуют.
51
Таким образом, рассмотренные некоторые результаты иссле-
дований взаимодействия свай с окружающим их грунтом свиде-
тельствуют о том, что при просадках окружающих грунтов по
боковой поверхности свай развиваются силы нагружающего тре-
ния, которые приводят к созданию дополнительной нагрузки на
сваи и соответственно к дополнительным их осадкам. Силы на-
гружающего трения на сваи должны зависеть от осадок свай и
максимальные их величины должны наблюдаться при полной
просадке окружающего грунта и осадках свай, не превышающих
обычно допускаемых для них величин, т. е. 2—4 см.
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ АРМИРОВАННОГО МАССИВА
На основе учета взаимодействия просадочных грунтов с. уп-
лотненными, закрепленными массивами и сваями НИИОСП
предложен и успешно разрабатывается новый метод устранения
просадок грунтов от их собственного веса путем армирования
лессовых толщ элементами повышенной прочности [45]. Сущ-
;	2	пость его состоит в том, что
х х , Л .Л ,	,	для повышения прочностей
и несущей способности про-
садочного грунта до вели-
чин, превышающих суммар-
ную величину давлений от
собственного веса грунта,
сил нагружающего трения и
нагрузки фундаментов, в
толщу грунта вводят верти-
кальные элементы повышен-
ной прочности, которые ра-
Рис. 26. Схема армирования тол-
щи просадочных грунтов элемен-
тами повышенной просадочности:
а — план расположения армирующих
элементов; б — поперечный разрез ар-
мированной толщи; изменения прочно-
сти элементов, входящих в армирован-
ную толщу на глубине (в) и в плане
(г); 1 — армирующий элемент (шлако-
набивная свая); 2 — уплотненная зона
вокруг сваи; 3 — грунт естественного
сложения; 4 — непросадочный подстиг
лающий грунт; 5 — грунтовая подушка.
ботают совместно с окружающим грунтом (рис. 26). Для более
полного использования несущей способности -материалов арми-
рование наиболее целесообразно осуществлять элементами
с уменьшающейся от центра к краям прочностью. Это можно до-
стичь устройством шлаковых, шлаконабивных, бетонных свай
в пробитых скважинах, закрепленных столбов силикатизацией
52
и обжигом. Для устранения просадок грунтов в пределах дефор-
мированной зоны от нагрузки фундаментов, а также создания
распределительной подушки, обеспечивающей передачу нагрузки
от фундаментов на армированный массив и включение в совмест-
ную работу всех входящих в него элементов (сваи, уплотненного
и неуплотненного грунта естественного сложения), в основании
фундаментов устраивают уплотненный или закрепленный слой.
Работу армированных массивов исследовали в Запорожье на
Хортицком жилмассиве на опытных участках, сложенных лесса-
ми и лессовидными суглинками, которые на глубину 18—22 м
обладают просадочными свойствами с расчетной просадкой от
собственного веса грунта до 96 см.
Грунты армировали шлаконабивными сваями на 0,95 величи-
ны просадочной толщи по технологии глубинного уплотнения
пробивкой скважин станком ударно-канатного бурения БС-1М
с пробивным наконечником диаметром 425 мм. Пробивные сква-
жины диаметром 0,45-—0,55 м заполняли отдельными порциями
шлаком, который после увлажнения уплотнялся тем же снаря-
дом. Скважины располагали в шахматном порядке с расстояния-
ми в осях 3 м. В результате этого был создан армированный
массив из шлаконабивных свай с прочностью материала на одно-
осное сжатие 2—4 МПа и уплотненных вокруг них зон диаметром
1,5—1,8 м и просадочного грунта естественного сложения.
Испытания армированных массивов размером в плане 12X13
и 12X16,5 м включали одно- и двустороннее замачивание грунтов
из прилегающих котлованов шириной 10—42 м и длиной 18 м
с замером просадок грунтов и армирующих элементов по поверх-
ностным и глубинным маркам, вертикальных напряжений в грун-
те естественного сложения, уплотненном и в шлаконабивных сва-
ях месдозами, а в бетонных сваях — динамометрами, установ-
ленными на глубинах от 7 до 14 м.
Результаты выполненных исследований показали, что благо-
даря разгружающему влиянию армированных массивов центр
просадок грунтов от собственного веса в котлованах смещается
в стороны от армированных массивов и максимальная неравно-
мерность просадок происходит в пределах полосы шириной 2—
3 м, непосредственно примыкающей к армированным массивам
(рис. 27). Просадки грунтов в пределах армированных массивов
происходят начиная с глубины 12—14 м, в то время как в грун-
тах естественного сложения — с глубины около 6 м, причем зна-
чительная часть в пределах 30—48% от ее величины за счет
сжатия подстилающих армированный массив практически непро-
садочных суглинков.
Наблюдения за работой месдоз и динамометров показали, что
как и в уплотняющих массивах, так и в сваях они достаточно
надежно работают лишь на первом этапе замачивания и разви-
тия просадки грунтов, а в дальнейшем, по-видимому, вследствие
попадания в них влаги, обрыва проводов, даже при наличии ком-
53
пенсаторов, выходят из строя. Поэтому с достаточной надеж-
ностью удалось проследить за изменением напряженного состоя-
ния в армированных массивах только при просадках грунтов до
15—20 см.
По данным наблюдений на одном из характерных горизонтов
(рис. 28, а) начальные напряжения вследствие запрессовки мес-
доз при их установке в уплотнен-
ном грунте на глубине 14 м сос-
тавляли около 0,42 МПа, в грун-
те естественной структуры —
0,35 МПа, а в свае динамометр
показывал напряжения порядка
0,22—0,25 МПа. С момента по-
Рис. 28. Графики изменений
вертикальных напряжений:
а — во времени на глубине 14 м;
1 — в грунте естественного сложе-
ния; 2 — в уплотненном грунте; 3 —
в свае; б — по глубине сваи, распо-
ложенной в центре армированного
массива.
Рис. 27. Кривая просадки грунта в
котлованах 1 и 2 и в армированном
массиве 5; 4 — скважины; 5 — срыв
грунта вдоль линии отрезки.
явления просадки грунтов в котловане обычно вначале происхо-
дило повышение вертикальных напряжений в уплотненном грун-
те и соответственно снижение их в грунте естественной структуры
и в свае. Через 25 дней после замачивания вертикальные напря-
жения в уплотненном грунте увеличились с 0,42 до 0,56 МПа, т. е.
на 0,14 МПа, в грунте естественной структуры снизились с 0,35
до 0,25 МПа, а в свае возросли до 1,42 МПа, т. е. на 1,2 МПа^
после чего показания динамометра стали нестабильными и он
вышел из строя. В дальнейшем напряжения в уплотненном грун-
те после повышения до 0,68 МПа снизились до 0,54—0,56 МПа и
при этих значениях практически стабилизировались. В грунте
естественной структуры, наоборот, происходило снижение напря-
жений до 0,2 МПа, затем повышение до 0,3—0,28 МПа и при этих
значениях они оставались в течение длительного времени.
Приведенные на рис. 28, б данные об изменении вертикальных
напряжений по глубине сваи, расположенной в центре армиро-
ванного массива, на которую в меньшей степени должна была
оказать влияние просадка грунта в котловане, свидетельствуют
о закономерном повышении напряжений с глубиной. Некоторое
снижение вертикальных напряжений, которое наблюдалось с са-
мого начала, видимо, явилось результатом погрешностей, допу-
щенных при установке динамометра, а также тем, что на этой
54
глубине большая часть вертикальных напряжений воспринимает-
ся уплотненным грунтом, имеющим большую степень плотности
и прочности.
Анализ результатов замеров напряжений в армированном
массиве показал, что практически по всем тензометрическим
сваям и скважинам суммарные величины разгружающих напря-
жений в грунте естественной структуры были близки или на 20—
40% меньше суммарных величин нагружающих напряжений
в свае и уплотненной вокруг нее зоне. Это указывает на полное
взаимодействие входящих в армированный массив элементов:
свай, уплотненного грунта и грунта естественной структуры.
ВЛИЯНИЕ ГЛУБОКИХ ПРОРЕЗЕЙ НА СНИЖЕНИЕ СИЛ
НАГРУЖАЮЩЕГО ТРЕНИЯ
Весьма значительное влияние сил нагружающего трения на
снижение несущей способности свай, уплотненных и закреплен-
ных массивов и повышение их осадок привели к необходимости
поиска путей и разработке мероприятий по полной ликвидации
и снижению сил нагружающего трения. Одним из путей решения
этого вопроса является устройство глубоких прорезей вокруг
уплотненных, закрепленных массивов и свайных фундаментов,
исключающих передачу на них сил нагружающего трения. Пер-
вые исследования в этом направлении проводились в Запорожье
на армированном массиве, описанном выше.
Прорезь выполнялась вдоль короткой стороны армированного
массива размером 12X16 м на длине 11м путем бурения на глу-
бину 12 м скважин диаметром 190 мм с расстояниями в свету
между ними 80—100 мм. Скважины располагались на расстоя-
нии 1 м от армированного массива и 0,5 м от котлована для за-
мачивания грунтов (см. рис. 27). Проходка часто расположенных
скважин, которые оставались незаполненными, снизила площадь
контакта армированного массива с прилегающим грунтом на
глубину 12 м на 66%, а с учетом зоны просадки грунта, распрост-
раняющейся в каждую сторону на ширину 6—10 м, всего лишь
на 20—30%.
Результаты замачивания грунтов из котлована показали до-
статочно высокую эффективность даже частичной отрезки арми-
рованного массива. Просадка грунта в котловане 2 началась че-
рез 3 суток, в то время как в котловане 1 только на 25-е сутки
и проходила значительно интенсивнее. Уже при просадке поверх-
ности грунта в котловане 12—15 мм произошел срыв ее по линии
отрезки от армированного массива. В пределах замоченного кот-
лована вдоль линии отрезки образовался центр просадочной во-
ронки с величиной срыва грунта до ПО мм (см. рис. 27).
. В связи с неполной отрезкой по глубине и в плане при просад-
ке грунтов в котловане проходили дополнительные осадки и в
армированном массиве в пределах глубин ниже 14 м за счет
55
сжатия подстилающего слоя естественного сложения. При этом
за счет частичной отрезки сжатие подстилающего слоя оказалось
в 2,5 раза меньше, чем при отсутствии ее с противоположной
стороны армированного массива.
При частичной отрезке армированного массива происходит
снижение дополнительных давлений, передающихся на армиро-
ванный массив при просадке окружающих грунтов. Замер их
показал, что если при отсутствии отрезки на глубине 14 м допол-
нительные напряжения в свае повысились на 1,2 МПа
(см. рис. 28, а), то при наличии частичной отрезки максимальное
их повышение на глубине 14, 5 м составило не более 0,52 МПа,
т. е. в 2,3 раза меньше.
Вполне очевидно, что при более полной отрезке армирован-
ного массива от окружающего его грунта как по глубине, так
и в плане эффективность ее будет значительно выше. При выпол-
нении отрезки по всему периметру и на всю глубину вполне воз-
можно полностью исключить влияние просадок окружающих
грунтов на уплотненные, закрепленные массивы и свайные фун-
даменты. Справедливость этого положения в достаточной мере
подтверждена экспериментальными исследованиями рассматри-
ваемого в главе IV метода ускоренного замачивания опытных
котлованов небольшой площади в плане.
ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ ПРИ ПРОСАДКАХ ОКРУЖАЮЩИХ ГРУНТОВ
Рассмотренные выше особенности взаимодействия просадоч-
ных грунтов с уплотненными массивами и сваями проявляются
не только при проведении экспериментальных исследований, но
и в процессе эксплуатации зданий и сооружений. В результате
просадок окружающих грунтов от собственного веса и развития
сил нагружающего трения в сваях и уплотненных массивах воз-
никают дополнительные нагрузки, при которых, даже в случаях
полной прорезки просадочных грунтов, сваи и уплотненные мас-
сивы получают повышенные осадки, а конструкции зданий и со-
оружений — недопустимые деформации.
Один из цехов на ЮТЗ в Никополе возведен в 1958 г. на
основании, уплотненном на глубину 18 м пробивкой скважин по
технологии расширения их удлиненным зарядом [1, 6, 44] на уча-
стке, сложенном на глубину 24—28 м просадочными лессами
и лессовидными суглинками, которые на глубине 30—32 м под-
стилаются плотными водонасыщенными песками. Фундаменты,
кольцевых печей выполнены на закрепленном на глубину 12 м
обжигом грунте, а прессов с нагрузкой 10 000 кН — на глубоких
бетонных опорах площадью 9 м2, полностью прорезающих про-
садочную толщу и опирающихся на глубине 32 м на пески.
За период с 1958 по 1977 гг. за счет подъема уровня грунто-
вых вод на 10 м и местного замачивания просадки грунтов под
полами окружающей территории составили 500—670 мм, фунда-
56

ментов колонн цеха 600—700 мм, кольцевых печей 540—630 мм,
а фундаментов прессов 194—216 мм. Причем осадки фундамен-
тов прессов практически стабилизировались в 1960 г. и равня-
лись 79—90 мм. Дальнейшее увеличение их произошло в 1962—
63 гг. при начавшемся подъеме уровня грунтовых вод, за счет
чего интенсивность осадок возросла до 20—25 мм/год, после чего
уменьшилась до 4,0 мм в год.
Анализ результатов повышенных осадок фундаментов прес-
сов показал, что основная причина их заключается в возникнове-
нии и развитии сил нагружающего трения по боковой поверхнос-
ти опор при просадках грунтов от собственного веса. Рассчи-
танные по дополнительным просадкам опор величины сил
нагружающего трения на опоры в данном . случае равнялись
0,033 — 0,04 МПа, а дополнительные нагрузки на них 12500—
15300 кН.
Здание дворца культуры ЗТЗ — каркасное с несущими про-
дольными и поперечными стенами, нагрузкой на ленточные
фундаменты 250—540 кН/м, а на столбчатые — 600 —2650 кН,
возведено в 1970 г. на участке, сложенном на глубину
25 м просадочными суглинками и лессами с расчетной просад-
кой грунтов от собственного веса около 50 см. В основании фун-
даментов выполнено глубинное уплотнение просадочных грунтов
пробивкой скважин станками ударно-канатного бурения БС-1М,
позволяющими достичь средней объемной массы скелета уплот-
ненного грунта не ниже 1,65 т/м3.
Проводившиеся наблюдения за осадками здания с момента
ввода его в эксплуатацию показали, что они практически стаби-
лизировались в первый год эксплуатации и за этот период наб-
людений равнялись 5—20 мм. Однако в дальнейшем происходи-
ли неравномерный куполообразный подъем уровня грунтовых
вод и просадки грунтов от собственного веса на прилегающей
к зданию территории. Вследствие развития сил нагружающего
трения по уплотненному массиву осадки фундаментов к началу
1977 г. со стороны образования просадочного блюдца увеличи-
лись до 120—180 мм при максимальной просадке окружающего
грунта около 500 мм. Наряду с общим креном здания в сторону
наибольшего повышения уровня грунтовых вод в конструкциях
здания появились деформации в виде трещин в кирпичных сте-
нах раскрытием до 5—8 мм, прогиба стен на 50—100 мм, накло-
на на 14—28 мм и др.
Девятиэтажные кирпичные здания общежитий в Днепроруд-
ном имеют сложную форму в плане и состоят из трех блоков
размером в плане 12X42 м, соединенных между собой лестнич-
ной клеткой и переходом.
Участок расположения зданий сложен лессовидными проса-
дочными суглинками, которые на глубине 22—26 м подстилают-
ся непросадочными красно-бурыми глинами, относятся ко II ти-
пу грунтовых условий по просадочности с расчетной величиной
просадки грунта от собственного веса 65—80 см. Грунтовые
воды до разведанной глубины не встречены.
Здания общежитий возведены в 1974—75 гг. на фундамен-
тах из буронабивных свай диаметром 600 мм с уширением
1600 мм, полностью прорезающих просадочную толщу с глуби-
ной заложения уширений 25, 65 м. По данным статических
испытаний, проводившихся при полном водонасыщении грунта»
но без проявления просадки его от собственного веса, несущая
способность буронабивных свай на вдавливающую вертикаль-
ную нагрузку составляла 2100—2700 кН, а на выдергивающую
1800—1900 кН.
Осадки обоих зданий начались в апреле 1976 г. и наиболее
интенсивно проходили до августа 1976 г., когда в зданиях по-
явились недопустимые деформации. Замеренные осадки до янва-
ря 1977 г. по отдельным блокам в двух домах изменились от 20
до 125 мм. В результате неравномерных осадок фундаментов
в кирпичных стенах возникли наклонные и вертикальные трещи-
ны раскрытием до 10 мм, которые, как правило, проходили по
всей высоте зданий и располагались в местах сопряжения от-
дельных отсеков.
Анализ результатов наблюдений показал, что вследствие
утечки воды из коммуникации произошло интенсивное замачи-
вание грунтов сверху и возникли просадки его от собственного
веса. По данным нивелирования просадки поверхности грунта
у зданий на 30—125 мм превышают осадки фундаментов здания.
В результате просадки грунта от собственного веса произошло
нависание его на буронабивные сваи, что привело к их недопус-
тимым осадкам. После ликвидации источников замачивания
осадки фундаментов на буронабивных сваях начали затухать.
Рассмотренные выше примеры свидетельствуют о необходи-
мости учета при проектировании взаимодействия уплотненных
закрепленных массивов и свай с окружающими грунтами при
просадке их от собственного веса.
Глава IV. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
УЧЕТ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
Для получения всех характеристик, необходимых при проек-
тировании различных вариантов оснований и фундаментов на
просадочных грунтах, инженерно-геологические изыскания их
должны выполняться с учетом особенностей, основных характе-
ристик, закономерностей деформации просадочных грунтов.
В связи с этим физико-механические характеристики грун-
тов должны определяться при наиболее характерных состояниях
по влажности: при природной или установившейся влажности
и полном водонасыщении.
58
При проведении инженерно-геологических изысканий на пло-
щадках, сложенных просадочными грунтами, в дополнение к об-
щим требованиям для обычных грунтов должны быть установле-
ны и изучены:
величина просадочной толщи;
тип грунтовых условий исследуемых площадок по просадоч-
ности и возможные величины просадок грунтов от их собствен-
ного веса;
относительная просадочность бпр при бытовом и фактичес-
ком давлении на грунт, а в пределах деформируемой зоны, кро-
ме того, зависимость относительной просадочности от давления
на грунт через 1—2 м по глубине;
величина начального просадочного давления рпр через 1—
2 м по глубине и обязательно для каждого литологического слоя,
входящего в просадочную толщу;
величина начальной просадочной влажности №пр для каж-
дого литологического слоя в случаях отсутствия замачивания
просадочных грунтов, подъема уровня грунтовых вод и возмож-
ности только медленного повышения влажности;
модули деформации грунтов в пределах сжимаемой зоны при
природной или установившейся влажности £е и в водонасыщен-
ном состоянии Ев; ;
степень изменчивости сжимаемости основания сц? сложенно-
го просадочным грунтом;
прочностные характеристики просадочных грунтов природ-
ного сложения (удельное сцепление с и угол внутреннего трения
<р), а также уплотненных просадочных грунтов до различной
степени плотности.
Необходимость определения всех или только части этих ха-
рактеристик просадочных грунтов, а также объем и состав ин-
женерно-геологических изысканий устанавливаются с учетом
возможных вариантов по основаниям и фундаментам для про-
ектируемых зданий и сооружений; их конструктивных особен-
ностей; изученности района и наличия данных ранее выполнен-
ных исследований и др. факторов.
При проведении инженерно-геологических изысканий сква-
жины и шурфы по возможности следует располагать таким об-
разом, чтобы они размещались в пределах застраиваемых участ-
ков в наиболее характерных местах, отличающихся минималь-
ными и максимальными значениями просадочных характеристик
грунтов.
Относительная просадочность и начальное просадочное дав-
ление определяют путем испытаний их в компрессионных прибо-
рах по методике, изложенной в главе I, или в полевых условиях
статическим зондированием. Пункты определения относитель-
ной просадочности грунтов по каждому шурфу или технической
скважине назначаются с учетом их литологического напласто-
вания.
59
Модули деформации просадочных грунтов определяют путем
их испытаний штампами в шурфах или скважинах и, как прави-
ло, при проведении изысканий на площадках строительства
новых предприятий и жилых кварталов, а также при возможно*
сти применения комплекса мероприятий.
В процессе проведения изысканий прочностные характерис-
тики уплотненных до различной степени плотности грунтов оп-
ределяют на образцах уплотненных грунтов приготавливаемых
из грунтов нарушенной структуры, которые могут быть исполь-
зованы для создания уплотненного слоя в основании фундамен-.
тов, устройства обратных засыпок котлованов и т.' п. Уплотняют
грунты статической нагрузкой или ударным воздействием до
объемной массы скелета, изменяющейся от 1,5 до 1,8 т/м3, или
коэффициента уплотнения от 0,9 до 0,98.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ ПО ПРОСАДОЧНОСТИ
Одним из наиболее важных вопросов инженерно-геологичес-
ких изысканий на площадках, сложенных просадочными грун-
тами, является правильное установление типа грунтовых усло-
вий по просадочности, который может быть определен:
а)	на основе анализа общего инженерно-геологического стро-
ения рассматриваемого участка и местного опыта строительства;
б)	по данным лабораторных испытаний грунтов на проса-
дочность;
в)	замачиванием опытных котлованов.
При определении типа грунтовых условий по просадочности
по пункту а) одновременно анализируют:
географическое расположение и климатические условия ис-
следуемой площадки;
форму рельефа,, наличие суффозионно-просадочных явлений
и просадочных блюдец, которые обычно свидетельствуют о про-
исшедших просадках грунтов от собственного веса и возможно-
сти II типа грунтовых условий на соседних участках;
генезис и литологическое строение исследуемой толщи грун-
тов с учетом того, что для II типа грунтовых условий наиболее
характерно залегание супесей и суглинков с числом пластичнос-
ти до 0,12—0,14 и в меньшей степени — глин и песков;
состав, степень плотности, влажность грунтов и изменение их
по глубине, имея при этом в виду, что повышенное содержание
быстрорастворимых солей, низкая влажность и степень плотно-
сти свидетельствуют о более высокой просадочности и возможно-
сти II типа грунтовых условий по просадочности;
наличие давнего или современного орошения, при котором
полностью завершаются просадки грунтов от собственного веса;
результаты исследований просадочных свойств грунтов, опыт-
ного и производственного замачивания их на соседних площад-
ках с подобными грунтовыми условиями; /
60
данные по условиям эксплуатации, характеру деформаций
существующих зданий и сооружений, просадок грунтов от соб-
ственного веса, источника замачивания и т. п.
На основе совместного анализа перечисленных выше материа-
лов выявляется возможность проявления просадки грунтов от
собственного веса, предполагаемый тип грунтовых условий по
просадочности, объем необходимых лабораторных исследований
по уточнению типа грунтовых условий и необходимость проведе-
ния замачивания опытных котлованов.
Для определения типа грунтовых условий по просадочности
по пункту б) используют данные определения относительной
просадочности бПр при природном давлении в водонасыщенном
состоянии Рб. Однако практика проведения изысканий показы-
вает, что данный метод дает достаточно точные результаты
только при расчетных просадках Snp^5 см, так как в этих слу-
чаях просадки грунтов от их собственного веса отсутствуют или
не превышают 5 см, а также при расчетных просадках 5Пр ^20—
25 см, когда фактические просадки грунтов от собственного веса
всегда превышают 5 см и толщи грунтов могут быть отнесены
только ко II типу грунтовых условий.
При расчетных просадках грунтов от их собственного веса
от 5 до 20—25 см фактические просадки в натуре, особенно при
просадочных толщах более 15—20 м, часто отсутствуют или не
превышают 5 см. В то же время нередки случаи, когда при этом
диапазоне изменения расчетных просадок фактические их вели-
чины превышают 5 см, что свидетельствует о наличии II типа
грунтовых условий по просадочности.
Наиболее достоверным путем определения типа грунтовых
условий по просадочности является замачивание опытных кот-
лованов, которое выполняют, как правило, на вновь осваиваемых
площадках массовой застройки при необходимости уточнения:
типа грунтовых условий по результатам лабораторных иссле-
дований грунтов в случаях, когда грунтовые условия относятся ко
II типу, но достаточно близки к I типу, т. е. при величине расчет-
ной просадки от собственного веса грунта от 5 до 20—25 см,
величины просадки грунтов от их собственного веса;
величины просадочной толщи грунтов;
глубины, с которой происходит просадка грунтов от его соб-
ственного веса;
величины начального просадочного давления грунта при про-
садке его от собственного веса.
Опытное замачивание грунтов производят в котлованах с раз-
мерами сторон, равными величине просадочной толщи, но не ме-
нее 15 м и глубиной 0,4—1 м, отрываемых за счет снятия расти-
тельного и насыпного слоев.
Опытные котлованы располагают, как правило, на незастраи-
ваемой территории в пунктах с наибольшими расчетными про-
садками грунтов и величиной просадочной толщи.
61
Замачивают грунт на опытном котловане с поверхности дна
котлована или для ускорения замачивания через дренирующие
скважины. Для предотвращения возможности заиливания дна
котлована при замачивании его дно покрывают дренирующим
слоем из песка, мелкого гравия и т. п. толщиной 6—10 см.
Для наблюдений за просадкой грунтов на дне котлована и
за его пределами на расстоянии до (1,5—2) Н устанавливают
поверхностные, а в центре котлована глубинные марки. Поверх-
ностные марки устанавливают по двум — четырем поперечникам
через 2—4 м одна от другой, а глубинные марки через 2—3 м по
глубине в пределах всей величины просадочной толщи. Кроме
этого, замер на поверхности горизонтальных перемещений осу-
ществляется по поверхностным маркам мерной лентой, для чего
в створе по 1—2 поперечникам устанавливают за пределами зо-
ны развития просадок опорные знаки.
Замачивают грунты в опытном котловане до полного прома-
чивания всей толщи просадочных грунтов и условной стабилиза-
ции просадки, за которую принимается прирост ее не более 1 см
за 10 дней.
В процессе замачивания замеряют количество залитой воды
в грунт и через 5—7 дней производят нивелировку поверхност-
ных марок относительно системы временных реперов, располо-
женных за пределами зоны развития просадок.
По результатам замачивания грунта в опытном котловане
строят графики: суточного и общего расхода воды по времени;
просадки глубинных и наиболее характерных поверхностных ма-
рок во времени; изменения просадки и относительной просадоч-
ности отдельных слоев грунта по глубине, а также линии равных
просадок поверхности грунта в замоченном котловане и за его
пределами; поперечных профилей просадки поверхности грунта.
Необходимость замачивания опытных котлованов больших
размеров в плане приводит к значительному увеличению объе-
мов работ, потребного количества воды, сроков их выполнения,
трудоемкости и стоимости. При чаще всего применяемых разме-
рах котлованов 20X20 м замачивание обычно выполняют в тече-
ние 1,5—3 месяцев, при этом расходуется около 3—4 тыс. м3
воды, подача которой часто затруднена из-за отсутствия близко
расположенного источника замачивания. Существенно упрос-
тить работы и сократить расход воды и времени можно при зна-
чительном уменьшении размеров опытных котлованов. Однако
при этом необходимо учитывать взаимодействие увлажненного
и неувлажненного массивов грунта и, в связи с этим, зависимо-
сти просадки грунта от его собственного веса от ширины зама-
чиваемой площади.
Для исключения влияния окружающего неувлажненного мас-
сива на просадку грунта ранее применяли обуривание замачи-
ваемых котлованов часто расположенными по периметру глубо-
кими скважинами. В начале 70-х годов этот метод был использо-
62
ван КазГИИЗом при замачивании опытных котлованов разме-
ром в плане 2X2 м. Более детальные исследования по влиянию
отрезки путем проходки часто расположенных скважин на про-
садки грунтов, выполненные НИИОСП, позволили разработать
метод ускоренного замачивания опытных котлованов небольшой
площади.
Сущность метода ускоренного замачивания опытных котлова-
нов небольшой площади состоит в частичном, не менее чем на
60% уменьшении контакта между зама-
чиваемым котлованом и окружающим
грунтом путем бурения часто располо-
женных скважин по периметру котлова-
на.
Площадь опытных котлованов при
ускоренном их замачивании в зависи-
мости от величины начального просадоч-
ного давления принимается равной 3—
10 м2, а глубина 0,3—0,8 м.
В котлованах для ускоренного зама-
чивания устраивают (рис. 29): контур-
ные скважины, расположенные по пери-
метру котлована и предназначенные для
частичной отрезки замачиваемого котло-
вана от окружающего его грунта природ-
ной влажности, и дренажные скважины,
расположенные в средней части котлова-
на и предназначенные для равномерного
увлажнения просадочного грунта под
котлованом.
Глубина контурных и дренажных
скважин, как правило, равна величине
просадочной толщи, их диаметр при
площади котлована Г^З—4 м2 рекомен-
дуется принимать равным 150 мм, а при большей — 200 мм. Рас-
стояния между контурными скважинами по периметру котлова-
на должны быть в свету не более 0,8 их диаметра, а между дре-
нажными скважинами 0,8—1 м. Контурные и дренажные скважи-
ны на всю их глубину засыпают дренирующим материалом,
имеющим низкое значение угла внутреннего трения и сцепления
(например, мелким хорошо окатанным песком, керамзитом и
т. п). При отсутствии хорошо окатанного песка засыпку контур-
ных скважин через одну по периметру производят местным
песком, а оставшиеся скважины засыпают местным размельчен-
ным супесчаным грунтом или суглинком с числом пластичности
/^0,10.
Для наблюдения за просадкой грунтов в пределах котлована
равномерно по всей площади устанавливают 4—8 поверхностных
марок, а за пределами — по 1—2 поперечникам через 1—2 м на
Рис. 29. План опытного
котлована (а) и профиль
просадки поверхности
грунта (б):
1 — контурные скважины, за-
сыпанные супесью; 2 — дре-
нажные скважины, засыпан-
ные песком; 3 — куст глубин-
ных марок; 4 — поверхност-
ные марки.
63
расстоянии до 6—10 м от края котлована. Глубинные марки ус-
танавливают в центре котлована через 3—4 м по глубине и,
как правило, струнные, при которых обеспечивается минималь-
ное нарушение структуры грунта внутри котлована.
Обработка результатов ускоренного замачивания опытных
котлованов небольшой площади выполняется так же, как и обыч-
ных котлованов с размером сторон не менее величины просадоч-
ной толщи.
СТАТИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
Особенность исследований просадочных грунтов статическим
зондированием состоит в том, что сопротивление грунта конусу
зонда рс.к и по боковой поверхности наконечника зонда рСб
должно определяться при природной влажности и в водонасы-
щенном состоянии. Поэтому при исследовании просадочных грун-
тов следует применять установки, оборудованные специальным
зондом-наконечником и системой подачи воды в грунт, обеспечи-
вающей локальное замачивание грунта на любой заданной глу-
бине и замер величин рс.к и рс.б практически на одном горизонте
при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии.
Зонд-наконечник должен обеспечить замер лобового сопротивле-
ния и бокового трения при зондировании с помощью датчиков.
Система подачи воды включает бачок, аккумулятор воздуш-
ного давления и напорные шланги, соединяющие бачок с зондом
и аккумулятором воздушного давления. Бачок снабжен водо-
мерной трубкой для замера объема поданной в грунт воды и
манометром для замера давления воды при замачивании
грунта.
Статическое зондирование просадочного грунта осуществля-
ется с дневной поверхности земли. Зонд задавливают в грунт
при его естественной влажности с одновременной записью сопро-
тивления зондированию. На заданном горизонте определения
характеристик грунта зондирование приостанавливают, штангу
с зондом приподнимают на 10—20 мм и включают систему пода-
чи воды в грунт для его замачивания. Замачивание продолжают
до тех пор, пока не профильтруется в грунт необходимое количе-
ство воды Q, определяемое по формуле
п ... 7ск(0.9^п,в-^е)
в
где VcK — объемная масса скелета грунта на заданном горизон-
те; IFn.B — полная влагоемкость грунта, соответствующая влаж-
ности при полном водонасыщении (G=l), %, равная
Гп.в = -7у (1уд ~ Тск- ;	(23)
1уд7ск
We — естественная влажность грунта; у у — плотность воды, рав-
ная 1 т/м3; ууд — плотность скелета грунта; R — необходимый
радиус сферы замоченного грунта, принимаемый 7?=15—20 см.
4
— гс/?3, см,	(22)
О
64
После прекращения замачивания сразу же продолжают зон-
дирование грунта, находящегося в водонасыщенном состоянии,
с записью сопротивления зондирования до следующего горизон-
та определения характеристик грунта.
По результатам зондирования лессового грунта получается
диаграмма зондирования (рис. 30), обработка которой осуществ-
ляется следующим образом. На каждом горизонте определяется
сопротивление грунта конусу зонда Рск,е при естественной влаж-
ности. Для этого на диаграмме зондирования выделяются об-
ласти зондирования грунта естественной влажности в пределах
глубины 15 см, непосредственно примыкающие к горизонтам за-
мачивания грунта и по этим областям определяется среднее
значение РСк.е- После этого для тех же горизонтов определяется
сопротивление грунта конусу зонда рСк.в в во-
донасыщенном состоянии, которое принимает-
ся равным при четко выраженном участке
прохождения зондом водонасыщенной зоны
как среднее значение рСк.в на этом участке, а
при нечетко выраженном участке как среднее
значение в пределах области зондирования
водонасыщенного грунта толщиной 15 см. В
Рис. 30. Диаграмма статического зондирования
просадочного грунта.
дальнейшем по полученным значениям рСк.е и рСк.в для каждого
горизонта определяют коэффициент снижения прочности грунта
А3 = —•	(24)
Рск.в
Статическое зондирование позволяет определять: относитель-
ную просадочность бпр , коэффициент фильтрации &ф, модули
деформации грунтов при природной влажности Ее и в водонасы-
щенном состоянии EBt начальное просадочное давление Рпр ,
прочностные характеристики до и после замачивания.
Относительную просадочность опр при зондировании опреде-
ляют по корреляции с коэффициентом снижения прочности грун-
та при его замачивании k3 по выражению
- '	апр = a 1g + &,	(25)
где а и Ь —коэффициенты, устанавливаемые для каждого райо-
на на основе статистической обработки данных параллельных
определений оР в лабораторных условиях и k3 зондированием.
Определение коэффициента фильтрации основано на исполь-
зовании решения о нагнетании воды в грунт через точечный ис-
точник по формуле
ki =--------— ,	(26)
ф 4те (/70 + Лк) г0
3 1—1633
65
где Q—расход воды; Яо—напор; hK—высота капиллярного
поднятия; г0— радиус конуса зонда.
Выполненные исследбввттия показали, что модули деформа-
ции лессовых грунтов при природной влажности Ве, в водонасы-
щенном состоянии Еъ и начальное просадочное давление рПр
с достаточной точностью могут быть определены на основе кор-
реляции:
^е—/1(Рск)>	(Лк),’	Рек)* (2?)
ОПЫТНЫЕ РАБОТЫ ПО ИСПЫТАНИЮ
ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
В процессе проведения инженерно-геологических изысканий
либо до начала строительства должны выполняться опытные ра-
боты по испытанию различных видов оснований и конструкций
фундаментов, намеченных к применению на исследуемой пло-
щадке.
Уплотненные и закрепленные различными методами основа-
ния, сложенные просадочными грунтами, испытывают на отдель-
ных фрагментах—массивах с загрузкой, их опытными фунда-
ментами.
Фрагменты уплотненныхл;ц. закрепленных массивов, в том
числе возможные минимальные размеры их в плане и по глуби-
не, выполняются в соответствии с требованиями проектов, дей-
ствующих нормативных документов и рекомендаций авторов-раз-
работчиков методов. Размеры опытных фундаментов в плане
целесообразно принимать равными или близкими к размерам
применяемых фундаментов с учетом толщины уплотненного или
закрепленного массива и сжимаемой зоны, а нагрузку на них
назначать в 1,1—1,2 раза превышающей проектную.
Опытные работы по испытанию различных конструкций фун-
даментов выполняют на фундаментах, выполненных в натураль-
ную величину по проекту или в соответствии с заданием на их
проведение. Испытания проводят статическими вертикальными,
горизонтальными, выдергивающими нагрузками, или на их наи-
более неблагоприятные сочетания.
Испытания различных видов оснований и конструкций фунда-
ментов на площадках с I типом грунтовых условий по просадоч-
ности проводятся с полным замачиванием уплотненных, закреп-
ленных массивов и окружающих фундаменты просадочных грун-
тов до степени влажности G;>0,8. Для этого в пределах уплот-
ненного, закрепленного массивов, а также вокруг опытных фун-
даментов устраивают скважины диаметром 150—250 мм с после-
дующей их засыпкой дренирующим материалом (песком, щеб-
нем, гравием и т. п.). Расстояния между скважинами в пределах
уплотненного, закрепленного массивов принимаются равными
1,5—3 м, а между скважинами и опытными фундаментами от
66
1 до 2 м, но не менее ширины фундамента. Количество дрениру-
ющих скважин должно быть не менее четырех, а глубина их 0,8
величины просадочной толщи или глубины фундамента.
В зависимости от поставленной цели и решаемых задач испы-
тания уплотненных, закрепленных массивов, а также опытных
фундаментов на площадках с I типом грунтовых условий по про-
садочноети могут выполняться при природной влажности с по-
следующим замачиванием грунтов или в водонасыщенном состо-
янии. По первой методике испытаний замачивание производят
после стабилизации осадок на последней ступени загрузки, а по
второй — до начала загрузки и продолжают в течение всего пе-
риода загружения фундаментов.
На площадках со II типом грунтовых условий по просадоч-
иости различные виды оснований и конструкций фундаментов
должны испытываться, как правило, при полном промачивании
просадочных грунтов и проявлении просадок от собственного ве-
са с изучением влияния на испытываемые массивы и конструк-
ции сил нагружающего трения от просадок окружающих грун-
тов. В этих случаях грунты замачивают в котлованах с размера-
ми сторон, близкими к величине просадочной толщи, по описан-
ной выше методике замачивания опытных котлованов. Уплот-
ненные, закрепленные массивы, а также свайные кусты целесо-
образно испытывать при одностороннем замачивании с распо-
ложением котлована для замачивания вдоль одной из их сторон.
Одиночные сваи и фундаменты следует размещать в средней
части замачиваемого котлована. При этом с учетом армирую-
щего влияния свай и фундаментов на просадку грунта ширина
котлована должна быть не менее 0,8 Я, а длина (1—1,2) Я, где
Н — величина просадочной толщи.
При испытании уплотненных, закрепленных массивов или
различных конструкций фундаментов на площадках со II типом
грунтовых условий по просадочности нагружение их внешней на-
грузкой может производиться после или до замачивания грунтов
и проявления просадки от собственного веса. В первом случае
вначале определяются осадки уплотненных, закрепленных мас-
сивов и фундаментов при просадках окружающих грунтов, а
затем, при загружении их ступенями до расчетной нагрузки, до-
полнительные осадки от нагрузки здания или сооружения. Во
втором случае вначале производится загружение массивов или
фундаментов также отдельными ступенями до нагрузки 0,5—1
ст расчетной, затем выполняется замачивание грунта в котлова-
, не до полного проявления просадки от собственного веса, после
чего при необходимости фундаменты и опытные массивы до-
гружают.
Испытание свай на площадках со II типом грунтовых усло-
вий по просадочности в отдельных случаях возможно проводить
с локальным замачиванием грунтов через дренажные скважины,
как и на площадках с I типом грунтовых условий. При этом для
67
определения сил нагружающего трения на сваи испытания вер-
тикальной вдавливающей нагрузкой должны дополняться испы-
таниями на вертикальные выдергивающие нагрузки.
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ
ПРИ ДЕФОРМАЦИЯХ ЗДАНИЙ
Дополнительные инженерно-геологические изыскания и ис-
следование просадочных грунтов в связи с появлением и разви-
тием деформаций в зданиях и сооружениях проводят для уста-
новления причин возникновения просадок грунтов и разработки
предложений по обеспечению дальнейшей нормальной эксплуа-
тации зданий. Поэтому дополнительные инженерно-геологиче-
ские изыскания и исследования просадочных лессовых грунтов
в основаниях существующих зданий и сооружений должны про-
водиться по трем основным направлениям:
обследованию состояния конструкций зданий, анализу инже-
нерно-геологических условий участка строительства и хозяйст-
венной деятельности района;
проведению дополнительных инженерно-геологических изыс-
каний и исследований по изучению изменения физико-механиче-
ских характеристик грунтов в процессе строительства и эксплуа-
тации зданий и сооружений;
разработке мероприятий по обеспечению дальнейшей нор-
мальной эксплуатации зданий и сооружений на основе анализа
возможного развития неравномерных деформаций грунтов в ос-
нованиях.
Обследование состояния конструкций зданий и сооружений
и анализ инженерно-геологических условий участка строительст-
ва должны быть направлены на:
изучение и описание конструктивных особенностей существу-
ющих зданий и сооружений;
обследование состояния конструкций зданий и сооружений
и описание характера их деформации;
установление проявившихся величин осадок и просадок фун-
даментов и грунтов от их собственного веса;
сбор и систематизацию материалов по инженерно-геологиче-
ским изысканиям и исследованиям, выполненным до начала
строительства зданий и сооружений на участках их расположе-
ния и на соседних территориях;
анализ хозяйственной деятельности района расположения
зданий и сооружений, влияющей на замачивание грунтов, подъем
уровня грунтовых вод и т. п.
Изучение и описание конструктивных особенностей сущест-
вующих зданий и сооружений производится^ основном с точки
зрения их прочности, жесткости, чувствительности к неравномер-
ным деформациям грунтов в основаниях, величин допускаемых
для них предельных деформаций.
68
При отсутствии данных наблюдений за осадками фундамен-
тов возможные величины осадок и просадок могут быть опреде-
лены приближенно путем нивелирования отдельных горизонталь-
ных плоскостей конструкций, к которым при сдаче предъявляют-
ся достаточно жесткие требования на горизонтальность положе-
ния. Такими горизонтальными плоскостями в гражданских
зданиях являются: цоколь фундамента, подоконные перемычки
первого этажа, а в промышленных зданиях — опорные плоскости
металлических колонн, опорные столики подкрановых балок, го-
ловки рельс подкрановых путей, верх колонн.
Сбор и систематизация материалов по инженерно-геологиче-
ским изысканиям и исследованиям, выполненные до начала стро-
ительства зданий и сооружений на участках их расположения
и на прилегающих к ним соседних территориях, производятся
с целью:
выявления инженерно-геологических особенностей участка
расположения деформировавшихся зданий и сооружений, вклю-
чая: тип грунтовых условий по просадочности, величину проса-
дочной толщи, возможные величины просадок от нагрузки фун-
даментов и собственного веса грунта и т. п.;
установления закономерностей изменения степени плотности,
влажности, относительной просадочности, начального просадоч-
ного давления грунтов в плане и по глубине до начала строи-
тельства;
: получения исходных данных для составления или уточнения
программы дополнительных инженерно-геологических изысканий
и исследований.
При анализе хозяйственной деятельности района, где распо-
ложены здания и сооружения, в первую очередь учитываются
факторы, влияющие на изменение влажности грунтов, подъем
уровня грунтовых вод и т. п. К таким факторам относятся: рас-
положение коммуникаций воды на застроенной территории, кон-
струкции водоводов и их диаметр, наличие орошения и полива
зеленых насаждений, характер и пути стока атмосферных и та-
лых вод, расположение емкостей и бассейнов для воды, водохра-
нилищ, их влияние на подъем уровня грунтовых вод, подъем
грунтовых вод на соседних территориях й т. п.
Дополнительные инженерно-геологические изыскания выпол-
няются в основном с целью изучения изменения: влажности грун-
тов в основаниях фундаментов; положения уровня грунтовых
вод; степени плотности; относительной просадочности и началь-
ного просадочного давления грунтов.
При недостаточном объеме первоначальных исследований в
процессе дополнительных изысканий детально изучается общее
инженерно-геологическое строение участка с определением: ти-
па грунтовых условий по просадочности, возможных величин
просадок грунтов от собственного веса и т. п.
69
По результатам дополнительных изысканий и исследований
уточняется общее инженерно-геологическое строение исследуе-
мого участка с учетом инженерно-геологического разреза, для
каждой скважины строится график изменения влажности грунтов
по глубине, а для шурфов, наряду с этим — графики изменения
объемной массы скелета, относительной просадочности и началь-
ного просадочного давления по глубине.
Мероприятия по обеспечению нормальной эксплуатации де-
формировавшихся зданий и сооружений разрабатываются на
основе анализа возможного дальнейшего повышения влажности
просадочных грунтов, подъема уровня грунтовых вод и в связи
с этим — прогноза увеличения осадок и просадок фундаментов
и грунтов от их собственного веса, прочности, жесткости зданий
и сооружений, характера их деформации и т. п.
Раздел!!. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ
И ФУНДАМЕНТОВ
ГлаваУ. РАСЧЕТ ПРОСАДОК ГРУНТОВ И ФУНДАМЕНТОВ
ВИДЫ ПРОСАДОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ГРУНТОВ
Особенности и характер развития просадок лессовых грунтов
в значительной мере определяются их напряженным состоянием,
размерами замачиваемой площади или увлажненной зоны, сте-
f пенью повышения влажности и др. факторами. В частности, за-
кономерности проявления просадки в основании фундаментов,
когда преобладает местная нагрузка от фундамента, существен-
но отличаются от просадки грунта в пределах нижних слоев,
вызванной его собственным весом. В связи с этим следует
отдельно рассматривать просадку от нагрузки фундаментов, про-
исходящую в пределах деформируемой зоны, и просадку от соб-
ственного веса грунта на площадках со II типом грунтовых усло-
вий, вызванную напряженным состоянием только от собственно-
го веса грунта. В свою очередь, просадки грунтов от собствен-
ного веса зависят от ширины замачиваемой или увлажненной
зоны и наряду с вертикальными деформациями характеризуют-
* ся горизонтальными перемещениями.
Исходя из вышеизложенного при проектировании зданий и
сооружений на просадочных грунтах целесообразно выделять
следующие основные виды просадочных деформаций [68]:
а)	просадки от нагрузки, передаваемой фундаментом Snp »
происходящие в пределах деформируемой зоны основания от по-
дошвы фундамента до глубины, на которой суммарные верти-
< кальные напряжения от нагрузки фундамента и собственного ве-
са грунта равны начальному просадочному давлению рПр;
70
б)	максимальные просадки грунта от собственного веса 5* гр*
, возникающие при полном промачивании всей просадочной толщи
вследствие интенсивного замачивания толщи грунта или при
подъеме уровня грунтовых вод и происходящие в нижней части
яросадочной толщи, начиная с глубины, на которой вертикаль-
ные напряжения от собственного веса равны начальному проса-
дочному давлению рПр» и до нижней границы просадочной;
толщи;
в)	возможные просадки от собственного веса грунта Snp.rp »
’ возникающие при местном замачивании площади шириной ме-
нее величины просадочной толщи и проявляющиеся в той же час-
ти грунтового массива, что и максимальные просадки грунта;
г)	горизонтальные деформации — перемещения С7Пр > возни-
, кающие при просадке грунтов от их собственного веса в преде-
лах криволинейной части просадочной воронки.
Кроме этого, в гидротехническом и ирригационном строитель-
стве учитываются послепросадочные вертикальные деформации
> Snp , происходящие при длительном замачивании грунта за счет
f суффозионных процессов и консолидации грунта.
При этом полная величина просадки фундаментов на площад-
ках со II типом грунтовых условий будет равна сумме Snp +
i+$?p.rp или Snp + Snp.rp • При ширине фундаментной плиты,
близкой к величине просадочной толщи, полную величину про-
садки следует принимать равной Snp при совместном учете на-
пряжений от нагрузки фундамента и собственного веса грунта.
В сответствии с изученными закономерностями развития про-
садочных деформаций, механизмом просадки грунтов и взаимо-
действия их с фундаментами предложены более совершенные
расчетные схемы и модули деформации просадочных лессовых
грунтов и разрабатываются инженерные и аналитические мето-
да расчета просадочных деформаций. В первом случае учитыва-
ются характер и особенности развития просадочных деформаций
и экспериментально установленные зависимости от различных
факторов и основных характеристик грунтов. Математическое
описание полученных новых схем и моделей деформации проса-
дочных лессовых грунтов и решение их в форме, удобной для
инженерного использования, позволило получить аналитические
/ методылрасчота просадок и горизонтальных перемещений. Сле-
дует отметить, что каждый из этих путей имеет свои преимущест-
ва и недостатки и получаемые решения в равной степени могут
быть использованы для практических целей.
Инженерные методы расчета просадок и горизонтальных пе-
ремещений более проверены в практике проектирования, дают
вполне удовлетворительное совпадение с результатами экспери-
ментальных и натурных испытаний и поэтому были включены в
СНиП П-15-74 [74]. Аналитические методы расчета обычно дают
более строгие и, как правило, более достоверные результаты
71
и рекомендуются для применения при разработке типовых реше-
ний, проектировании крупных и жилых комплексов.
Инженерные методы рекомендуется использовать при расче-
тах просадок фундаментов 5пр , максимальных и возможных про-
садок грунтов от собственного веса SnpBrp, горизонтальных пе-
ремещений, а аналитические при расчете возможных просадок
грунтов с учетом ширины замачиваемой площади.
РАСЧЕТ ПРОСАДОК ОТ НАГРУЗКИ ФУНДАМЕНТОВ
Сопоставление характера деформаций и перемещений частиц
грунта при осадке и просадке указывает на значительное их
сходство. Это означает, что при определенных условиях и допу-
щениях просадку лессового грунта от нагрузки фундамента мож-
но рассматривать как осадку сильно сжимаемого водонасыщен-
ного глинистого грунта с соответствующими модулями деформа-
ции, коэффициентами фильтрации и консолидации.В связи с этим
расчет просадок грунтов от нагрузки фундаментов в пределах
деформируемой зоны может быть выполнен по относительной
просадочности или по модулю деформации водонасыщенного
грунта. Более простой и проверенный — первый путь.
Просадка фундамента от его нагрузки в пределах деформи-
руемой зоны по относительной просадочности определяется по
формуле
п
*^пр == 2 ^пр I hi ’	(28)
i=l
где бПр/ — относительная просадочность, определяемая для каж-
дого слоя просадочного грунта в пределах основания, при давле-
нии р/ , равном сумме природного давления и дополнительного
давления от фундамента сооружения в середине рассматривае-
мого слоя; ht — толщина того же слоя грунта, см; mt — коэффи-
циент условий работы основания; п — число обжимаемых слоев,
на которые разбита деформируемая зона.
Суммирование по формуле (28) производят в пределах дефор-
мируемой зоны, начиная от подошвы фундамента и до нижней
границы деформируемой зоны, и учитывают только те слои,
относительная просадочность которых при фактическом давлении
бпр/ >0,01.
При подсчете просадки по формуле (28) деформируемую зону
разбивают на отдельные более или менее равные по толщине слои
hi с учетом литологического разреза. При этом изменение сум-
марного давления в пределах каждого выделенного слоя р/ не
должно превышать 0,1 МПа.
Для получения достоверных результатов в формулу (28) вве-
ден коэффициент условий работы корректирующий услов-
ность методики лабораторных испытаний грунтов на просадоч-
ность и учитывающий особенность просадки грунтов от нагрузки.
На основе статистической обработки 31 испытания штампами
72
площадью F=0,5—4 м2 коэффициент mi в зависимости от давле-
ния по подошве фундамента р и величины начального просадоч-
ного давления грунта рПр равняется
mt = 0,5 + 1,5 (-Р-~^пр 1 ,	(29)
\ Ро J
где ро — давление, равное 0,1 МПа.
Величина коэффициента mt в зависимости от расчетной вели-
чины просадки фундамента Snp , подсчитанной по формуле (28)
при тр= 1, равняется
/zig = 1 + 0,25Пр/5цр.о,	(30)
где Snp.o — просадка, равная 1 см.
Для первой зависимости по формуле (29) коэффициент
корреляции равняется г—0,87; для второй по формуле (30)
г=0,86.
Коэффициент условий работы определяют для каждого
слоя грунта, на которые разбита деформируемая зона. Для лен-
точных фундаментов шириной более 3 м и прямоугольных шири-
ной более 5 м mt принимают по интерполяции между значениями,
вычисленными по формулам (29) и (30) и mt = 1. При частичном
устранении просадочных свойств грунтов уплотнением или за-
креплением на глубину, не менее 0,5 b (Ь — ширина фундамента)
коэффициент mt принимается равным =1.
Расчет просадки фундамента по принципу осадки с использо-
ванием данных полевых испытаний лессовых грунтов штампами
производят по формуле
п
(31>
Z=1
где п — число слоев, на которые разбита деформируемая зона ос-
нования; полусумма вертикальных нормальных давлений^
МПа, возникающих на верхней и нижней границах i слоя грунта
от давления, передаваемого фундаментом и собственным весолг
грунта; Л, — толщина t-го слоя, см; £ — безразмерный коэффици-
ент, принимаемый равным 0,8; Е — модуль деформации f-ro слоя
грунта, МПа, в водонасыщенном состоянии, определяемый в по-
левых условиях, и принимаемый зависящим от нагрузки на грунт;
S — расчетная осадка фундамента, вычисляемая по модулю де-
формации просадочного грунта при природной или установив-
шейся влажности.
Следует считать, что этот прием расчета просадки фундамен-
та требует выполнения довольно трудоемких испытаний грунтов
штампами на различных глубинах с установкой глубинных,
марок.
73
РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНЫХ И ВОЗМОЖНЫХ ПРОСАДОК ГРУНТОВ
ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА

Максимальные величины просадки Snp.rp от собственного ве-
са грунта, проявляющиеся при его интенсивном замачивании
сверху шириной не менее величины просадочной толщи или при
подъеме уровня грунтовых вод, определяются по формуле (28),
в которой суммирование производится (см. рис. 10):
при отсутствии внешней нагрузки, а также при наличии узких
фундаментов, когда деформируемая зона от нагрузки фундамен-
та не сливается с зоной просадки грунта от собственного веса
только в пределах этой зоны;
при подъеме грунтовых вод или при медленном повышении
влажности в пределах той части зоны просадки грунта от соб-
ственного веса, в которой произошло соответствующее повыше-
ние влажности;
при широких фундаментах и частичном наложении деформи-
руемой зоны от их нагрузки на деформируемую зону просадки
от собственного веса грунта, начиная с глубины, на которой сум-
марные напряжения от собственного веса грунта и нагрузки фун-
дамента имеют минимальное значение, и до кровли непросадоч-
ного грунта.
Толщина зоны просадки от собственного веса грунта учиты-
вается от глубины, на которой вертикальные напряжения от
собственного веса грунта равны начальному просадочному дав-
лению.
При расчете максимальной величины просадки Snp.rp относи-
тельную просадочность бПр определяют для каждого слоя грун-
та в пределах зоны просадки при давлении, равном природному
давлению всередине рассматриваемого слоя. При этом проса-
дочную толщу разбивают на отдельные слои грунта толщиной
не более 2 м в соответствии с литологическим разрезом и учиты-
вают только те слои грунта, относительная просадочность кото-
рых Опр ^0,01.
Коэффициент условий работы гщ , отражающий особенности
просадки различных лессовых грунтов, рекомендуется прини-
мать по результатам опытных данных для каждого региона как
отношение фактически замеренной просадки к расчетной, а при
отсутствии опытных данных допускается принимать mt =1.
Следует отметить, что фактическая величина коэффициента
условий работы mt при просадке от собственного веса обычно
существенно отличается от единицы и для большинства районов
Средней Азии, Казахстана, Закавказья, Северного Кавказа,
Приднепровья равняется 0,9—1,5, а для Днепропетровска
0,4—0,8.
Значительные изменения коэффициента условий работы
вызываются влиянием целого ряда факторов: условностью при-
нятой расчетной схемы просадки, погрешностями лабораторно-
74
го определения относительной просадочности, неучетом гидроди-
намических сил при просадке грунта, возможным набуханием
грунтов при увлажнении, выщелачиванием солей и др.
Возможную величину просадки грунта от собственного веса
Звр.гр на площадках со II типом грунтовых условий по просадоч-
ности при местном кратковременном замачивании из источника
шириной b менее величины просадочной толщи Н рекомендуется
определять в зависимости от максимальной величины просадки
Sjjp.rp и параметров b и Н по формуле______
Рис. 31. Схема к расчету просадок
при наличии маловодопроницаемого
экрана I:
а — поперечный разрез; б — кривые про-
садки при замачивании через экран; в —
то же, из источника, расположенного за
пределами экрана; 1, 2, 3 — фундаменты.
РАСЧЕТ ПРОСАДОК ПРИ НАЛИЧИИ МАЛОВОДОПРОНИЦАЕМЫХ
ЭКРАНОВ
При частичном устранении просадочных свойств лессовых
грунтов путем поверхностного уплотнения тяжелыми трамбовка-
ми, химического закрепления, обеспечивающем резкое снижение
коэффициента фильтрации, а также путем устройства грунтовых
подушек в пределах всей пло-
щади расположения здания
или сооружения, уплотненный
или закрепленный слой выпол-
няет роль маловодопроницае-
мого экрана, препятствующе-
го интенсивному увлажнению
нижележащих просадочных
грунтов основания. В этих слу-
чаях частичное замачивание
их возможно будет лишь из ис-
точников, расположенных за
пределами экрана (рис. 31, в),
или непосредственно через
маловодопроницаемый экран
(рис. 31, б) из источников, рас-
положенных в зданиях и со-
оружениях.
Замачивание грунтов за
пределами экрана может при-
вести к интенсивному увлаж-
нению грунта под зданием
только в его нижних слоях. В
связи с этим возможная вели-
чина просадки окажется значительно меньше максимальной
Sпр.гр, характерной для рассматриваемого участка. Для ее сни-
жения размеры маловодопроницаемых экранов рекомендуется
увеличивать в каждую сторону от здания до 2—4 м. Это меро-
75
приятие на площадках, сложенных просадочными грунтами I
типа, обычно приводит к полной ликвидации просадки грунта.
Расчет возможных просадок грунта от собственного веса на пло-
щадках со II типом грунтовых условий в этих случаях следует
производить по формуле (28) с учетом реальных размеров экра-
нов, размеров и расположения источников замачивания по от-
ношению к зданию и т. п. (см. рис. 31).
При замачивании через маловодопроницаемый экран повы-
шение влажности подстилающих его просадочных лессовых
грунтов определяется фильтрационными характеристиками эк-
рана. Вследствие того что коэффициент фильтрации уплотненно-
го грунта в 10—100 раз ниже, чем в естественном состоянии, че-
рез него может пройти весьма ограниченное количество воды,
недостаточное для полного водонасыщения подстилающего
грунта и полного проявления его просадки.
В сответствии с этим просадку грунтов ниже маловодопрс-
ницаемых экранов S9np.rp рекомендуется определять с учетом
возможной степени повышения их влажности по относительной
просадочности 6np.w, вычисляемой по формуле (10) для неполно-
го водонасыщения грунта:
*$пр.гр S ^np.wh^mi,	(33)
Анализ результатов определения влажности лессовых грун-
тов в Запорожье и Никополе показал, что после длительного за-
мачивания при отсутствии экрана степень влажности их изменя-
емся в пределах 0,80—0,95, а’при замачивании через экран (грун-
товую подушку или уплотненный тяжелыми трамбовками грунт)
толщиной не менее 1,5 м степень влажности близка к 0,65. Од-
новременно с этим по данным экспериментальных исследований
можно принять степень влажности Gnp , соответствующую на-
чальной просадочной влажности 1ГПр, равной в среднем 0,55.
Исходя из этого относительная просадочность грунтов 6np.w, рас-
положенных ниже маловодопроницаемого экрана толщиной не
менее 1,5 м, приближенно будет равна
8прлг, = (8пр - 0,01)	0,01 = (8пр - 0,01) 0,3 4- 0,01. (34)
°п.в —°н
Полученная по формуле (34) величина относительной проса-
дочности 6np.w в дальнейшем используется при расчетах как про-
садок фундаментов от их нагрузки по формуле (28), так и мак-
симальных и возможных просадок грунтов от их собственного
веса.
76
РАСЧЕТ РАЗНОСТИ ПРОСАДОК И КРЕНОВ ФУНДАМЕНТОВ
Разность просадок и крены фундаментов на просадочных
грунтах определяют с учетом: типа грунтовых условий по про-*
садочности; возможной величины просадки; толщины слоя про-
садочных грунтов и их основных физико-механических характе-
ристик; характера распространения увлажнения в толще грунта;
расстояния между фундаментами и др. факторов.
В связи с тем что наибольшая неравномерность просадок
грунтов проявляется, как правило, при полной ее величине, для
расчета разности просадок и кренов фундаментов принимается
именно этот, наиболее опасный случай при наиболее неблаго-
приятном расположении источника замачивания по отношению
к зданию.
Рис. 32. Расчетная схема для определения кренов и разности просадки
фундаментов в пределах деформируемой зоны:
1 _ фундамент Ф-1; 2 — фундамент Ф-2; 3 —источник замачивания; 4 — граница
увлажненной зоны грунта; 5 — нижняя граница деформируемой зоны.
На площадках с I типом грунтовых условий разность проса-
док и крены отдельных фундаментов определяют с учетом огра-
ниченного замачивания нижней зоны основания в пределах глу-
бины Дй (рис. 32), равной
ДА = h + Лдеф - ha-----,	(35)
А	tg р
где h — глубина заложения фундамента от планировочной от-
метки; йдеф — деформируемая зона основания; йи — глубина рас-
положения источника замачивания от поверхности планировки;
х — расстояние от края источника замачивания до рассматрива-
емой точки; тр и £ — то же, что и в формуле (17).
-*• Длина участка /н (см. рис. 32), на котором может проявлять-
ся неравномерная просадка грунта, определяется по формуле
77
1я=*(/1 + hn^ — h„) т? tg ₽.	(36)
Разность просадок основания под отдельными точками лен-
точного фундамента Дл на участке длиной /н определяется по
формуле
Дл = 8пр-^.	(37)
*н
где х — расстояние от края источника замачивания до рассмат-
риваемой точки, изменяющейся от нуля до /н.
Крен отдельностоящего фундамента вследствие просадки
грунта определяется отношением разности просадки краев фун-
дамента, вычисляемой с учетом неравномерного распростране-
ния замачивания в основании фундамента в пределах глубин
от Д/i'i до A/i"i и от Д/г'2 до ДЛ"2 (см. рис. 32) к ширине подош-
вы фундамента в направлении крена.
На площадках со II типом грунтовых условий отдельно рас-
считывают возможные величины разности просадок и кренов
фундаментов от их нагрузки и от собственного веса грунта, пос-
ле чего полученные результаты складывают с соответствующими
знаками. При устранении просадочных свойств грунтов в преде-
лах деформируемой зоны учитываются только разности проса:
док от собственного веса грунта.
В основу расчета кренов и разности просадок фундаментов
от собственного веса грунта на площадках со II типом грунтовый
условий принимается общая кривая просадки поверхности грун-
та при замачивании на значительной площади (см. рис. 10 и
31) —кривая для Snp.rp . Вначале с учетом реального располо-
жения и размеров источника замачивания, толщины слоя проса-
дочных грунтов, а также изменения относительной просадочнос-
ти по глубине (см. рис. 31) определяют величину просадки грун-
та от собственного веса в средней части замачиваемого участка
Snp.rp. При устройстве маловодопроницаемого экрана Snp.rp вы-
числяется с учетом неполного водонасыщения грунта. Далее
определяют величину распространения увлажнения L, длину
криволинейного участка просадки грунта г и возможные вели-
чины просадок фундаментов Snp.b Snp.2, Snp.3 . После этого по по-
лученным величинам просадок отдельных фундаментов вычисля-
ют разности просадок между ними, а по наклону поверхности
грунта — крены соответствующих фундаментов.
Величины максимальной и возможной просадок поверхнос-
ти грунтов от их собственного веса SnpBrpx в различных точках
кривой просадки определяют по формуле (12), в которой расчет-
ная длина криволинейного участка просадки грунта от его собст-
венного веса определяется по формуле
г =/7(0,5 + ^₽tg₽)*	(38)
При наличии маловодопроницаемых экранов из уплотненных
или закрепленных грунтов толщиной не менее 1,5 м максималь-
78
ные и возможные величины просадок грунтов от их собственно-
го веса определяются с учетом возможной степени повышения
влажности просадочных грунтов, залегающих ниже экрана, для
двух наиболее характерных случаев замачивания: а — непосред-
ственно через маловодопроницаемый экран (см. рис. 31, б) и б'—
из источников, расположенных за пределами экрана (см. рис.
31, в).
Разность просадок фундаментов, а также просадка отдельных
точек основания под фундаментами от собственного веса грунта
определяют с учетом возможного расположения источника зама-
чивания по отношению к фундаментам (см.рис.31),максималь-
ной Snp.rp или возможной SSp.rp величины просадки грунта и т. п.
Крены фундаментов inp, возникающие при просадке грунтов
от их собственного веса, определяют как отношение разности
просадок отдельных краев фундаментов, вычисляемых по фор-
муле (12), к ширине подошвы фундамента b в направлении
крена:
‘(м,в)'  с(м,в)"
пр.гр	^пр.гр
ь
(39)
АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРОСАДОК ГРУНТОВ
ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА
Аналитические методы расчета просадок грунтов от собствен-
ного веса основываются на учете форм и размеров увлажнённой
зоны, взаимодействия увлажненного и неувлажненного массивов
грунта, выражающегося в возникновении в грунте арочного эф-
фекта [43, 58].
При длительном замачивании просадочного грунта непрерыв-
но увеличиваются размеры увлажненной зоны по глубине и в
плане (рис. 33, а), ив связи с этим изменяются основные физи-
ко-механические характеристики грунта. В пределах сформиро-
вавшейся увлажненной зоны влажность грунта непосредственно
под замачиваемой площадью близка к полному водонасыщению
Й7В, а за пределами ее уменьшается до естественной We.
В соответствии с изменением влажности в пределах увлаж-
ненной зоны изменяются прочностные и Деформационные харак-
теристики грунта (см. рис. 33, в, г, д), причем сцепление и мо-
дуль деформации при водонасыщении просадочных грунтов
уменьшаются в 1,5—10 раз, а угол внутреннего трения в 1,1—
1,3 раза.
Изменением основных физико-механических характеристик
грунтов в пределах увлажненной зоны определяется характер
напряженного состояния в массиве грунта. В первоначальный
период замачивания, когда просадка грунта отсутствует, верти-
кальные сжимающие напряжения ог в пределах средней части
увлажненной зоны за счет повышения объемного веса грунта не-
79
сколько увеличиваются (см. рис. 33, е). В дальнейшем, с момен-
та появления просадки грунта и нарушения установившегося
природного равновесия между напряженным состоянием и сжи-
маемостью грунта, распределение вертикальных напряжений из-
меняется (см. рис. 33, ж) вследствие того, что в процессе просад-
ки массив грунта, расположен-
ный в пределах увлажненной
зоны, перемещается вниз, а ок-
ружающий увлажненную зону
грунт, имеющий естественную
влажность и более высокие проч-
ностные характеристики и малую
сжимаемость, практически остает-
ся в покое. В этих условиях от-
носительному смещению увлаж-
ненного массива грунта будут
препятствовать силы сцепления
и трения как в самом увлажнен-
ном массиве, так и в областях
изменения влажности от №п.в до
Ге.
Рис. 33. Характер изменения основных
характеристик и напряженного состояния
грунта при просадке его от собственного
веса:
а — контур увлажненной зоны; изменения на
глубине г: влажности w (б); сцепления с (в);
угла внутреннего трения ср (а); модуля дефор-
мации Е (б); вертикальных напряжений oz до
начала просадки (а); то же, в процессе про-
садки грунта (ж)* просадки поверхности грун-
та гр (з); горизонтальных перемещений
"пр <«)•
Рис. 34. к определению вертикаль-
ных напряжений:
а — расчетная схема; б — схема напря-
жений, действующих на элементарный
слой грунта толщиной Az на глубине z.
Так как эти силы трения и сцепления стремятся удержать
смещающуюся часть массива в первоначальном положении, то
вертикальные напряжения снижаются в смещающейся части и
повышаются в массиве грунта, окружающем увлажненную зону.
80
Вследствие этого происходит перераспределение вертикальных
напряжений от собственного веса грунта и эпюра напряжений
приобретает вид, приведенный на рис. 33, ж.
Перераспределение напряжений в замоченной толще лессо-
вых грунтов при просадке их от собственного веса за счет тор-
мозящего влияния сил трения и сцепления можно отождествлять
с арочным эффектом [43, 58, 82].
На характер напряженного состояния грунта в увлажненной
зоне существенное влияние оказывают возникающие при просад-
ке горизонтальные перемещения грунта в зонах горизонтально-
го разуплотнения. При этом массив грунта теряет сплошность
и в нем образуются просадочные трещины. В результате этого
взаимодействие увлажненной части массива с неувлажненной
будет происходить только в нижней его части, начиная с глуби-
ны, до которой проходят просадочные трещины. Выше глубины
развития просадочных трещин напряженное состояние грунта
после их появления восстанавливается до природного. В соот-
ветствии с этим можно выделить два характерных состояния из-
менения вертикальных напряжений в увлажненной зоне грунта.
1-е состояние характеризуется тем, что сплошность массива
грунта, расположенного над увлажненной зоной (см. рис. 33, а),
не нарушена и взаимодействие увлажненной части массйва
грунта с неувлажненной происходит в пределах всей глубины
замачивания, что должно учитываться при решении вопроса
о возможности появления просадок грунтов при ограниченных
размерах увлажненной зоны.
2-е состояние возникает при нарушении сплошности массива
грунта, расположенного выше увлажненной зоны, и образовании
в нем просадочных трещин, по которому должны определяться
вертикальные напряжения при расчете возможных величин про-
садок с учетом формы и размеров увлажненной зоны.
Для случая плоской задачи, т. е. при замачивании из протя-
женного источника, вертикальные напряжения от собственного
веса грунта в увлажненной зоне рассчитывают при произволь-
ной ее форме в поперечном сечении (рис. 34, а). При этом при-
нимается, что вдоль границы увлажненной зоны выполняется
условие предельного состояния.	z
*n<=°ntg<P + С,
(40)
где ф и с — угол внутреннего трения и сцепление лессового грун-
та при естественной влажности.
Принимая, что нормальная компонента напряжений оп , дей-
ствующая на площадке, наклоненной под углом р к оси z, может
быть выражена через вертикальное qz и горизонтальное на-
пряжения по известным формулам
°п = °* cos2 ₽ + sin2 р;
(41)
81
^ = 4.	"	(42)
получим
'cn/ = ^tg?[C + (l — C)sin2₽] Н-С,	(43)
где £ — коэффициент бокового давления грунта.
Рассматривая равновесие вырезанного элементарного слоя
грунта на глубине z толщиной dz (см. рис. 34, б), принимаем,
что вырезанный элементарный слой грунта dz на растяжение не
работает, сжатие этого слоя от напряжений oz и	ничтож-
но мало и не учитывается; вертикальные смещения слоя dz от-
сутствуют.
Проектируя на ось z все силы, действующие на элементарный
слой dz, после соответствующих преобразований получаем диф-
ференциальное уравнение для определения о2Ср
da*cp_L.rt tg₽ + (tg<p — tgр) [Сч-(1 — C)sina₽] _	с
где 7о — объемная масса водонасыщенного грунта.
Дифференциальное уравнение (44) описывает распределе-
ние средних вертикальных напряжений огср на глубине z при
произвольной заданной форме увлажненной зоны x—x(z) и
—.	(45)
dz
Рис. 35. Характерные фор-
мы очертания увлажненных
зон:
а — по вертикальным прямым;
б — по трапеции.
Рис. 36. Эпюры распределения
вертикальных напряжений по
длине слоя на глубине г.
При замачивании через скважины или глубокие траншеи
очертание увлажненной зоны может быть принято с некоторы-
ми приближениями в виде вертикальных прямых (рис. 35, а).
В этом случае, приняв в дифференциальном уравнении угол
р=0 и х(г) =6', после его интегрирования при граничном усло-
вии azcpL_o==O получим
32
by —с I	A
b' .	(46>
Ctg? \	/
При замачивании лессовых грунтов с площадей значительной
ширины (обычно более 0,3—0,5 /7, где Н — глубина просадочной
толщи) увлажненная зона имеет форму, близкую к трапеции
(см. рис. 35, б). При этом распространение воды в стороны бея
больших погрешностей может быть принято по прямым, наклонен-
ным под углом р к вертикали. После интегрирования дифферен-
циального уравнения (44) при очертании увлажненной зоны
x(z) =6'z=&,+ztgp и граничном условии ozcp для данного
случая о^ср будет иметь вид:
<’гСр~~\Л ~То л + tgp Д*' + Ztg₽)	~ А “'”То Л + tgp *
где
А = tg р + (tg ? - tg ₽) [С + (1 - С) sin* ₽].	(48)
При развитии просадок грунтов и образовании просадочных
трещин в верхней части толщи по всей глубине их развития вос-
станавливается природное напряженное состояние грунта и
о^ср ~VZ> а ниже при z>hTl начинает сказываться сдерживаю-
щее влияние неувлажненного массива грунта. Распределение
средних вертикальных напряжений в грунте, начиная с глубины
z>hTi , для рассматриваемых наиболее распространенных форм
увлажненных зон получается путем интегрирования дифферен-
циального уравнения (44) при граничном условии 02cp|~^b/z и
равно для увлажненных зон по: вертикальным прямым
4 ср = (то Лт i -	(Лт/"2) +	;	(49)
\	Ctg<p /	Ctg<p
трапеции
^ср-^оЛтг+л То ^ + tgp Д 6z + 2(g₽ )
С ! „	*'+*tg₽
Т + 1‘-и+ЙТ-
Решение задачи расчета средних вертикальных напряже-
ний при ограниченных источниках замачивания, имеющих в пла-
не форму квадрата, прямоугольника, круга, эллипса, получено
по аналогии с плоской задачей. Как показывают наблюдения за
распространением воды от этих источников, а также за просад-
ками грунтов, области повышенной влажности и зоны развития
просадок в плане при замачивании грунтов из квадратных ис-
точников имеют форму, близкую к кругу, а при прямоугольных —
к эллипсу. Поэтому все перечисленные выше формы источников
замачивания ограниченных размеров в плане могут быть сведе-
ны к одной общей — эллиптической форме.
83
При замачивании грунта на всю величину просадочной тол-
щи и трапецеидальной форме увлажненной зоны (рис. 35, б)
средние вертикальные напряжения в увлажненном грунте в слу-
чае ограниченных в плане источников замачивания определяют-
ся из решения дифференциального уравнения
Да^ср	i (г) A (г] (tg <f — tg + те [d (z) 4- b (г)] tg 0
dz + °*cp	S (z)
где	-
Ь(г) = 4] ]/
(51)
(52)
(53)
(54)
(a0 + г tg fl4) cos* / + (60 + г tg fl4) sin21
(a0 + z tg fl2) cos21 + (b0 + z tg fl)2 sin21
Л(г) = С + (1 -Q sin2p;
5 (z) = те (a0 -J- z tg p)/>o + z tg
Вычисленные по формулам (44), (46), (47), (49) — (51)
средние вертикальные напряжения о2ср с учетом взаимодействия
увлажненного и неувлажненного массивов грунтов в пределах
нижнего слоя на глубине г распределяются неравномерно по
его длине, так как сдерживающее влияние в наибольшей степе-
ни сказывается у границы увлажненной зоны и в меньшей степе-
ни в средней части слоя. Данные полевых исследований показы-
вают, что просадка грунта проявляется только в пределах
увлажненной зоны. Следовательно, можно принять, что на гра-
нице увлажненной зоны вертикальные напряжения снижаются
до начального просадочного давления рпр . Тогда в средней час-
ти увлажненной зоны снижение их уменьшается и фактическая
величина вертикальных напряжений c2i будет изменяться в пре-
делах от рПр до в2е (рис. 36). В зависимости от значений рПр »
и в2е при изменении по линейному закону возможны
три характерные эпюры изменения фактических вертикальных
напряжений ozt по длине рассматриваемого слоя грунта i:
а)	по трапеции, когда при сравнительно небольшом сниже-
нии вертикальных напряжений о2Ср в средней части слоя i на
участке а фактические напряжения G2i достигают максималь-
ной величины о2е и при этом длина участка а определяется из
выражения (рис. 36, а)
а = Ь' 2с^р	е. .	(55)
Gze Рпр
б)	по треугольнику с максимальной величиной в середине
слоя, равной = (рис. 36, б);
в)	по треугольнику, когда при значительном снижении сред-
них вертикальных напряжений oZCp максимальная величина
«4
фактических напряжений $zi в среднем слое меньше оге и рав-
няется (рис. 36, в):
1 = Рн + 2 (^ ср — Рпр) •	(56)
Расчет просадок лессовых грунтов от собственного веса
с учетом формы и размеров увлажненной зоны начинается с оп-
ределения возможности их проявления. Для этого вначале в со-
ответствии с возможной формой и размерами увлажненной зоны
по приведенным выше формулам определяют средние вертикаль-
ные напряжения огср и ozi в увлажненном грунте при отсутст-
вии просадочных трещин. Далее полученные напряжения о2ср
и ozi сопоставляют с величиной начального просадочного давле-
ния рПр • При этом принимается, что если в пределах слоя толщи-
ной более 2 м средние вертикальные напряжения о^ср или azi
оказываются больше величины начального просадочного давле-
ния рПр » то просадка грунта от собственного веса возможна.
Возможная величина просадки грунта от собственного веса
определяется по формуле (28), в которую подставляются значе-
ния относительной просадочности бпр/ , полученные при факти-
ческом давлении на грунт, изменяющемся от рпр до аге
(см. рис. 36).
РАСЧЕТ ПРОСАДОК ГРУНТОВ ПРИ НАЛИЧИИ
ПЛАНИРОВОЧНЫХ НАСЫПЕЙ И ВЫЕМОК
Просадки грунтов при наличии планировочных насыпей и
выемок определяют с учетом соответствующего изменения нап*-
ряженного состояния грунта, характеризующегося тем, что уст-
ройство планировочных насыпей приводит к увеличению нагруз-
ки на грунт, а выемок, за счет срезки грунта естественного сло-
жения, к его разгрузке [46].
Дополнительную нагрузку на поверхность грунта природно-
го рельефа от веса планировочной насыпи принимают равной
Ря == ТЛн,	(57)
где 7 — объемная масса грунта планировочной насыпи с учетом
возможности его полного водонасыщения; hH — высота насыпи.
Распределение вертикальных давлений по глубине основания
от веса планировочной насыпи при ширине ее 6Н ^Зйдеф или
6Н ^ЗЯ (здесь /1деф — глубина деформируемой зоны от нагруз-
ки фундамента, ап — величина просадочной толщи) принима-
ется равномерным, а при &н<3йдеф с учетом рассеивания верти-
кальных давлений в толще грунта по теории линейно-деформиру-
емого полупространства.
При определении вертикальных давлений в грунте в случаях
наличия выемок за счет срезки грунта природного сложения ре-
комендуется исходидъ из следующих основных положений
(рис. 37):
85
а) плоскость расположения линейно-деформированного по-
лупространства находится на глубине выемки йв , которая за пре-
делами контура выемки пригружена гибкой равномерно распре-
деленной нагрузкой рв , равной рв =уЯв (у — объемная масса
грунта с учетом его возможного полного водонасыщения, нахо-
дящегося выше дна выемки);
б) вертикальные давления от собственного веса грунта ниже
дна выемки в пределах глубины от Лв до
нижней границы просадочной толщи Н вы-
числяются с учетом влияния от веса грун-
та рв, расположенного за пределами и вы-
ше дна выемки;
в) учет влияния веса грунта рв, рас-
положенного за пределами выемки, на рас-
Рис. 37. Схема к расчету просадок грунтов при на-
личии выемок:
а — поперечный разрез; б — схема распределения вертикаль-
ных давлений; 1 — за пределами выемки; 2 — по краю выем-
ки; 3 — в центре выемки; 4 — давление от веса грунта выше
дна выемки.
пределение вертикальных напряжений по глубине по различ-
ным вертикальным слоям в пределах выемки выполняется с ис-
пользованием метода угловых точек, приведенного в СНиП
П-15^4 [74].
Расчет просадок грунтов от нагрузки фундаментов, а также
максимальных просадок от собственного веса грунта Snp.rp в
случаях устройства планировочных насьГпей и глубоких выемок
выполняется по приведенной выше формуле (28), в которой
значение относительной просадочности бПр/ для каждого слоя
принимается при фактическом давлении на грунт с учетом на-
личия соответственно насыпи или выемки.
РАСЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Горизонтальные перемещения [7пр на поверхности грунтов,
возникающие при просадках их от собственного веса в случаях
интенсивного или местного замачивания сверху, определяют на
основе экспериментально установленной зависимости горизон-
тальных перемещений от просадок Snp.rp и вычисляют по
формуле
и„р = 0,5егг (1 4- cos ,	(58)
где ег — величина относительного горизонтального перемещения,
равная
86
er=0,66(-^£------0,005);	(59)
\ r	J
r — расчетная полудлина криволинейного участка просадки
грунта от собственного веса, определяемая по формуле (38);
х — расстояние от середины горизонтального участка просадки
грунта, где горизонтальные перемещения достигают максималь-
ной величин^, до точки, в которой определяется горизонтальное
перемещение грунта, изменяющееся от нуля до г0-
Учитывая неизбежность искажения плавного изменения вели-
чин горизонтальных перемещений, для приближенных расчетов
можно принять характер изменения их по треугольнику и вы-
числять горизонтальные перемещения по формуле
(60)
Глубина зоны развития горизонтальных перемещений в рас-
сматриваемой точке х (см. рис. 14) принимается равной
Л;ор = -^-г^-(г;)г,	(61)
го
а ширина зон развития горизонтальных перемещений гй' на глу-
бине /ггор
г;=-^^4Р(^₽)2’	<62)
"гор
где Лгор — максимальная глубина развития горизонтальных пе-
ремещений на границе зон горизонтального уплотнения и разуп-
лотнения грунта, принимаемая равной йгор=0,5 Н.
Изменение горизонтальных перемещений по глубине в преде-
лах зон их развития от /ггор до 0 принимается по линейному за-
кону (см. рис. 14) и величина горизонтального перемещения по
глубине определяется по формуле
£4 = ^пр(1--тМ •	(63)
\ "гор J
Глава VI. УЧЕТ СИЛ НАГРУЖАЮЩЕГО ТРЕНИЯ
НА УПЛОТНЕННЫЕ, ЗАКРЕПЛЕННЫЕ МАССИВЫ И СВАИ
ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО УЧЕТУ СИЛ
НАГРУЖАЮЩЕГО ТРЕНИЯ
Анализ исследований [30, 31, 45] и опыт строительства и экс-
плуатации зданий и сооружений на просадочных грунтах со II
типом грунтовых условий по просадочности [60] позволили ус-
тановить, что силы нагружающего трения и дополнительные на-
87
грузки на уплотненные, закрепленные массивы и сваи определи-
ются в основном:
«дефицитом прочности» проседающего грунта, т. е. разностью
между вертикальными давлениями от собственного веса грунта
сгб и величиной начального просадочного давления рПр;
величиной просадки окружающего грунта естественной струк-
туры от собственного веса;
величинами трения и сцепления между уплотненными, за-
крепленными массивами или сваями и проседающим грунтом,
а также прочностными характеристиками проседающего грунта;
площадью и распределительной способностью проседающе-
го грунта, а также площадью контакта проседающего грунта с
уплотненными, закрепленными массивами или сваями;
видом и расположением источника замачивания по отноше-
нию к уплотненным, закрепленным массивам и свайным фунда-
ментам;
величиной просадочной толщи грунта;
глубиной заложения фундамента и величиной срезки грунта
при отрывке котлована под фундамент.
Вполне очевидно, что чем меньше величина начального про-
садочного давления и больше «дефицит прочности» проседаю-
щего грунта, тем большая величина сил нагружающего трения
и дополнительных нагрузок ;*аПжна передаваться на уплотнен-
ные, закрепленные массивы iPWan. Однако увеличение сил на-
гружающего трения и дополнительных нагрузок на сваи, уплот-
ненные и закрепленные массивы при увеличении «дефицита
прочности» грунта может происходить до определенного преде-
ла, так как они зависят от других рассматриваемых ниже фак-
торов.
Величины сил нагружающего трения и дополнительных на-
грузок на уплотненные, закрепленные массивы и сваи по мере
увеличения просадок окружающих грунтов и, главным образом,
относительных перемещений проседающего грунта по поверхнос-
ти сваи, уплотненных и закрепленных массивов должны возрас-
тать. Учитывая некоторую аналогию в характерах взаимодейст-
вия, с одной стороны, уплотненных, закрепленных массивов, свай
с окружающим грунтом и, с другой стороны, подпорных стенок
и др. заглубленных конструкций с грунтом, можно принять, что
максимальные величины сил нагружающего трения fH и допол-
нительных нагрузок QH на уплотненные, закрепленные массивы
и сваи устанавливаются при относительном перемещении грунта
б н = 0,01. Исходя из этого максимальные величины сил нагружа-
ющего трения fH и дополнительных нагрузок QH на сваи, закреп-
ленные и уплотненные массивы должны устанавливаться при
просадке окружающих грунтов от их собственной массы 5Пр.н>
равной:
пр.н
«Эпр.Д
(64)

88
где £Пр.д — предельно допустимая величина просадки уплотнен-
ного, закрепленного массива или сваи при взаимодействии их с
окружающим просадочным грунтом, принимаемая равной по
аналогии с принятым в СНиП П-15-74 критерием подразделения
толщ просадочных грунтов на типы грунтовых условий 5Пр.д =
= 5 см; Hr- величина просадочной толщи грунта.
Общий характер зависимости сил нагружающего трения и до-
полнительных нагрузок на уплотненные, закрепленные массивы
и сваи от величины просадки окружающего грунта представлен
на рис. 38. Согласно рис. 38 при величине просадки грунта от
Рис. 38. Зависи-
мость сил нагру-
жающего трения
fH и дополнитель-
ных нагрузок QH
от величины про-
садки грунта.
а	б б
Рис. 39. Схемы к учету вида и распо-
ложения источника замачивания:
1 — уплотненный, за крепленный массив ила
свайный фундамент; 2 — источник замачи-
' вания; 3 — подъем уровня грунтовых вод
и зоны капиллярного повышения влаж-
ности.
его собственного веса до 5 см силы нагружающего трения и до-
полнительные нагрузки на уплотненные, закрепленные масси-
вы и сваи отсутствуют. При просадках грунтов, равных Зпр.н, оп-
ределяемых по формуле (64), силы нагружающего трения и до-
полнительные нагрузки достигают максимальных величин и при
дальнейшем увеличении просадок грунтов остаются постоянны-
ми. В интервале повышения просадок грунтов от их собственно-
го веса от 5 см до Snp.n величины сил нагружающего трения и
дополнительных нагрузок на сваи, уплотненные и закрепленные
массивы изменяются от нуля до максимально возможных вели-
чин. Характер их изменения в этом интервале может быть при-
нят в простейшем виде по прямой.
Зависимость сил нагружающего трения от величин трения и
сцепления между уплотненными, закрепленными массивами, сва-
ями и просадочным грунтом, а также от прочностных характе-
ристик просадочного грунта, по-видимому, без больших погреш-
ностей можно принимать аналогичной зависимости сил сопро-
тивления грунта по боковой поверхности свай от этих факторов.
С увеличением трения и сцепления между уплотненными, закреп-
ленными массивами, сваями и просадочным грунтом, а также
прочностных характеристик просадочных грунтов величины сил
нагружающего трения будут возрастать. Так как в процессе про-
садки окружающего грунта возможен сдвиг его как по боковой
89
I
поверхности уплотненных, закрепленных массивов и свай, так и
по грунту, силы нагружающего трения не могут превышать сум-
марной величины трения и сцепления между уплотненными, за-
крепленными массивами, сваями и проседающим грунтом, а так-
же удельной прочности просадочного грунта.
При увеличении площади и распределительной способности
просадочного грунта величины сил нагружающего трения и до-
полнительных нагрузок на сваи, уплотненные и закрепленные
массивы должны возрастать. За распределительную способность
просадочного грунта в данном случае принимается ширина пло-
щади массива грунта, которая оказывает нагружающее воз-
действие на уплотненные, закрепленные массивы и сваи. Макси-
мальная величина распределительной способности может быть
принята равной половине длины криволинейного участка разви-
тия неравномерных просадок грунтов, т. е. приблизительно С,2
величины просадочной толщи или глубины замачивания.
Силы нагружающего трения на уплотненные, закрепленные
массивы и сваи должны учитываться только в пределах тех пло-
щадей, по которым происходит нависание проседающего грунта.
Чем больше площадь контакта проседающего грунта с уплотнен-
ными, закрепленными массивами и сваями, тем большие дополни-
тельные нагрузки передаются на них. За площадь контакта про-
седающего грунта в данном случае следует принимать площадь,
равную длине периметра уплотненного, закрепленного массива,
сваи или свайного фундамента, вдоль которого происходит
просадка грунта от собственного веса, умноженную на величину
просадочной толщи или на глубину замачивания. При местном
замачивании длину периметра развития просадок грунта еле- -
дует принимать равной максимальной ширине увлажненной зо-
ны на поверхности контакта, а при подъеме уровня грунтовых
вод — равной периметру уплотненного, закрепленного массива,
сваи или свайного фундамента.
На величины сил нагружающего трения и дополнительные на-
грузки на уплотненные, закрепленные массивы и сваи сущест-
венное влияние оказывает также степень влажности окружаю-
щего их грунта. В связи с этим возможны три характерных вида
и места расположения источников замачивания (рис. 39):
а)	непосредственно в пределах уплотненного, закрепленного
массива или свайного фундамента, когда грунт по всей площа-
ди контакта их с окружающим и проседающим грунтом нахо-
дится в водонасыщенном состоянии;
б)	на некотором расстоянии от уплотненного, закрепленного
массива или свайного фундамента, вследствие чего в верхней
части площади контакта грунт имеет природную влажность, а
в нижней — влажность, близкую к полному водонасыщению;
в)	подъем уровня грунтовых вод, повышающий влажность
грунтов до полного водонасыщения в пределах высоты его подъе-
ма и зоны капиллярного водонасыщения.
90
Выше отмечалось, что силы нагружающего трения и дополни-
тельные нагрузки на уплотненные, закрепленные массивы и сваи
проявляются при величине просадки грунтов от их собственного
веса, превышающей предельно допустимую величину 5пр.н=5 см.
Исходя из этого они должны учитываться только в пределах верх-
ней части толщи просадочного грунта Нн , равной
Нп = Н -
°пр.ср
где тп — коэффициент условной работы, учитывающий жест-
кость и допустимую неравномерность деформирования уплотнен-
ных, закрепленных массивов и свай и принимаемый равным для:
уплотненных и закрепленных массивов, имеющих модуль дефор-
мации Е^50 МПа тн=1; для закрепленных массивов
Е>50 МПа и свай тн =0,6; 6Пр.Ср — средневзвешенное значение
относительной просадочности грунтов, залегающих в нижней час-
ти просадочной толщи.
При отрывке котлованов под здания, а также под отдельные
фундаменты значительных размеров в плане с большой глуби-
ной их заложения, и особенно при наличии подвалов происходит
частичная разгрузка залегающего ниже просадочного грунта.
Выполняемая впоследствии обратная засыпка котлованов вос-
станавливает природное напряженное состояние грунта только
за пределами расположения фундаментов, так как грунт, лежа-
щий на обрезах фундаментов, входит в их собственный вес.
В связи с этим при расчете фундаментов на сваях, уплотненном,
закрепленном грунте вертикальные напряжения от собственного
веса грунта непосредственно под зданием или фундаментом оп-
ределяются, начиная с отметки пола подвала или заложения
фундамента, т. е. должны учитываться разгрузка грунта за счет
устройства котлована и снижение расчетной просадки грунтов
от их собственного веса. В подобных случаях возможен перевод
грунтовых условий из II в I тип по просадочности и тем самым
учет сил нагружающего трения только на крайние ряды свай
и в пределах контурной полосы уплотненного или закрепленно-
го массива.
Все рассмотренные выше факторы, влияющие на величины сил
нагружающего трения и дополнительных нагрузок на уплотнен-
ные, закрепленные массивы и сваи, должны учитываться одно-
временно.
РАСЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ НА УПЛОТНЕННЫЕ,
ЗАКРЕПЛЕННЫЕ И АРМИРОВАННЫЕ МАССИВЫ
Дополнительные нагрузки от сил нагружающего трения на уп-
лотненные, закрепленные, армированные массивы определяются
с учетом их взаимодействия с окружающим грунтом при просад-
ке его от собственного веса (рис. 40, а). При этом принимается,
что:
91
а	5
Рис. 40. Расчетная схема для
определения:
а — дополнительных давлений в уплот-
ненном, закрепленном или армирован-
ном массиве (7) от сил нагружающего
трения (2); б — распределения верти-
кальных давлений от собственного веса
грунта и дополнительных давлений
от сил нагружающего трения cfH,2 на
глубине z в уплотненном, закреплен-
ном или армированном массиве.
в процессе просадки окружающего грунта уплотненные, за-
крепленные или армированные массивы остаются в покое, а ок-
ружающий просадочный грунт оседает вдоль их поверхности;
взаимодействие окружающего грунта в процессе его просад-
ки от собственного веса с уплотненными, закрепленными или
армированными массивами про-
исходит вдоль их периметра по
вертикальным плоскостям;
просадочный грунт в преде-
лах плоскостей взаимодействия
с указанными массивами нахо-
дится в водонасыщенном состо-
янии;
при просадке окружающих
грунтов от собственного веса по
всей площади их контакта с уп-
лотненными, закрепленными или
армированными массивами вы-
полняется условие предельного
равновесия по формуле (40).
Формулы для определения
суммарных вертикальных напря-
жений az.cp и дополнительных
давлений от сил нагружаю-
щего трения в уплотненном, за-
крепленном или армированном массиве получены на основе
рассмотрения равновесия вырезанного элементарного слоя грун-
та на глубине z, толщиной dz (см. рис. 40, а) с учетом того, что
сжатие слоя dz от напряжений <зг и az+daz ничтожно мало и
не учитывается, элементарный слой dz на растяжение не рабо-
тает; вертикальные смещения слоя dz отсутствуют. Проектируя
на ось все силы, действующие на элементарный слой dz, после
соответствующих преобразований получим
а
7 + с —-	/ и х
F / Ctg<p--=r-2	\
»z.cp =------------\е F — 1) ;	(66)
и \ ’ /
Stgy —
°H.Z == °cp.Z °2.б ,	(67)
где 7 — объемная масса просадочного грунта в водонасыщенном
состоянии; и — длина периметра уплотненного, закрепленного
или армированного массива, вдоль которого происходят замачи-
вание и просадка прилегающего грунта; F — площадь уплотнен-
ного, закрепленного или армированного массива; —верти-
кальные напряжения от собственного веса грунта на глубине г,
принимаемые равными
92
При наличии просадочных трещин, наблюдаемых обычно при
уплотнении просадочных грунтов предварительным замачивани-
ем, глубинными взрывами, а также при устройстве глубоких про-
резей на глубину йт, взаимодействие уплотненных, закрепленных
или армированных массивов с окружающим просадочным грун-
том будет происходить только в нижней части, начиная с глуби-
ны йт, т. е. в пределах глубины Hn—hT . В этих случаях суммар-
ные вертикальные напряжения от собственного веса и сил нагру-
жающего трения в уплотненном, закрепленном или армирован-
ном массиве определяются по формуле
Распределение дополнительных давлений oz.H от сил нагру-
жающего трения по ширине &упл и длине /упл уплотненного, за-
крепленного или армированного массива в соответствии с их рас-
пределительной способностью принимается (рис. 40, б) при:
Ьупл и /упя меньше или равно 0,8 Н — равномерным по всей
площади;
ЬУпл >0,8 Н и /упл >0,8 Н— по треугольной эпюре в преде-
лах контурной полосы шириной 0,4 Н с максимальным значени-
ем дополнительных давлений по периметру 2oz.H.
Анализ формул (66) и (68) показывает, что величины допол-
нительных давлений о^.н от сил нагружающего трения в уплот-
ненных, закрепленных или армированных массивах определяются
в основном их формой и размерами, длиной замачиваемого пери-
метра, прочностными характеристиками просадочного грунта.
С уменьшением площади массива, увеличением длины замачи-
ваемого периметра, прочностных характеристик просадочных
грунтов и отношения периметра к площади величины дополни-
тельных давлений возрастают, а при увеличении глубины рас-
пространения просадочных трещин или глубоких прорезей —
снижаются.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ,
ВХОДЯЩИХ В АРМИРОВАННЫЙ МАССИВ
При армировании толщи лессовых грунтов сваями в про-
битых скважинах армированный массив состоит из: набивных
свай, уплотненных зон и просадочного грунта естественной струк-
туры (см. рис. 26). В случае применения свай в пробуренных
скважинах или закрепленных столбов армированный массив бу-
дет соответственно состоять из армирующего элемента и проса-
дочного грунта естественной структуры. Совместная работа от-
дельных элементов, входящих в армированный массив, и полное
93
исключение в пределах его просадок грунта от собственного ве-
са обеспечивается выбором их прочности и соответствующих рас-
стояний между армирующими элементами. Это достигается за
счет обеспечения:
совместной работы просадочного грунта естественной струк-
туры с уплотненным грунтом по поверхности радиусом Ь, а так-
же уплотненного грунта со сваей по всей ее площади радиусом г
(см. рис. 26);
прочности уплотненного массива в целом исходя из расчет-
ных давлений на просадочный грунт естественного сложения, уп-
лотненный грунт в зоне радиусом b и на армирующий элемент-
сваю;
прочности подстилающего грунта по расчетному давлению на
него.
Радиус уплотненной зоны b определяют по результатам
опытной пробивки скважин или приближенно по формуле
Ь = 0,952 1/" 	7cK-y2v  	(69)
у «ск.упл »ск
тде уск.упл —среднее значение объемной массы скелета грунта
в пределах'Уплотненной зоны, принимаемое равным
Тск.упл—	----~
Yck —среднее значение объемной массы скелета грунта естест-
венного сложения; уСк.макс — максимальное значение объемной
массы скелета уплотненного грунта, обычно равное 1,8—1,9 т/м3
и вычисляемое по формуле:
7ск.макс = ——	»	(71)
1 + ir_IsL
Ъ
где ys —удельная масса твердых частиц грунта; — удельная
масса воды; W — влажность грунта в естественном состоянии
или в процессе пробивки скважины.
Совместная работа просадочного грунта естественной струк-
туры с уплотненным грунтом в зоне радиусом й, а также уплот-
ненного грунта со сваей в армированном массиве обеспечивается
в тех случаях, если по поверхности уплотненного грунта и сваи
выполняется условие предельного равновесия по формуле (40).
В соответствии с этим совместная работа просадочного грунта
естественной структуры с уплотненным грунтом на глубине z бу-
дет обеспечиваться при условии, что суммарная нагрузка от соб-
ственного веса просадочного грунта, сил нагружающего трения
и от фундаментов в пределах призмы АВСДЕО не будет превы-
шать его несущую способность но поверхности уплотненной зо-
ны, т. е.
94
(0,865а2 — яЬ») (7z + орг + онг) < [С tg <р(-Д + арг + оиг) -}- с] 2%bz, (72)
где Орг — дополнительные вертикальные напряжения от нагруз-
ки фундамента на глубине г (остальные обозначения приведены
в формулах (64) — (66) и на рис. 26).
Аналогичным образом совместную работу уплотненного грун-
та со сваей можно обеспечить при выполнении условия, что в пре-
делах призмы АВСДЕС суммарная нагрузка от выше приведен-
ных факторов не будет превышать несущую способность
уплотненного грунта по поверхности сваи:
(0,865а2—w2)(уг + арг + аяг)< [С tg <ру (уг зрг+анД+су}2-rz, (73)
где фу и су — угол внутреннего трения и сцепление уплотненного
грунта до максимального значения объемной массы скелета
Уск.макс (см. формулу (71) для водонасыщенного состояния.
- Условие обеспечения прочности и несущей способности арми-
рованного массива по расчетным давлениям на каждой из сос-
тавляющих его частей сводится к удовлетворению неравенства:
(Fe + Fy + FCB) (iz + apz “Ь °hz) FePnp ~Ь Fу Py 4“ FaPai (74)
где Fe, Fy, Fc, — площадь в пределах призмы АВСДЕв соот-
ветственно просадочного грунта природной структуры, уплотнен-
ного грунта и сваи; р пр — начальное просадочное давление грун-
та естественной структуры на глубине г; ру — расчетное давле-
ние на уплотненный грунт; рсв —расчетное давление на мате*
риал сваи.
Условие обеспечения прочности подстилающего грунта ис-
ходя из расчетного давления на него R, определяемого с учетом
глубины и размеров армированного массива, проверяют по вы-
ражению
? +	+ /?, (75>
^ар
где Fap — площадь армированного массива; z — глубина арми-
рования, принимаемая равной z—Н; оРг — принимается равной
весу здания или сооружения, поделенной на площадь армирован-
ного массива.
При армировании грунтов столбами из закрепленного грун-
та, буронабивными сваями в формулах (72) — (74) учитывают-
ся соответственно только два элемента, входящие в армирован-
ный массив.
Вполне очевидно, что за исходное должно приниматься мини-
мальное расстояние а между армирующими элементами, опре-
деляемое по приведенным выше трем условиям.
95
РАСЧЕТ ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ НА УПЛОТНЕННЫХ, ЗАКРЕПЛЕННЫХ
И АРМИРОВАННЫХ МАССИВАХ
В соответствии с данными экспериментальных исследований
суммарные осадки ScyM фундаментов на уплотненных, закреп-
ленных и армированных массивах складываются из осадок
(рис. 41):
5сум = Хф + Хн + Хп<	(76)
Рис. 41. Расчетная схема для опреде-
ления осадок фундаментов на уплот-
ненном, закрепленном или армиро-
ванном массиве (а) и схема распре-
деления напряжений по глубине мас-
сива (б).
где Хф —осадка от нагрузки
фундамента в пределах сжима-
емой зоны основания; Хн —
осадка за счет сжатия уплот-
ненного, закрепленного или ар-
мированного массива от сил
нагружающего трения; Хп —
осадка подстилающего слоя от
дополнительной нагрузки, вы-
званной силами нагружающего
трения.
Осадки от нагрузки фунда-
ментов Хф определяют с учетом
дополнительных давлений он от
сил нагружающего трения, хо
тя величина их в верхней час
ти уплотненного, закрепленно
го или армированного масси
ва, как показали данные экс
перимёнтальных исследований,
сравнительно небольшая. Рассчитывают осадки в соответствии
со СНиП П-15-74 по формуле
п
д°н1)  hh	(77)
где р — безразмерный коэффициент, принимаемый равным
Р=0,8; п — число слоев, на которые разделена по глубине сжи-
маемая толща; pt —среднее давление в /-м слое грунта, равное
полусумме давлений на верхней и нижней границах этого слоя;
он/—среднее давление от сил нагружающего трения в /-м слое
грунта, определенное по формуле (70); hi — толщина Z-го слоя
грунта; — модуль деформации f-го слоя уплотненного, закреп-
ленного или армированного грунта.
Модули деформации уплотненных и закрепленных грунтов
принимаются по результатам их испытаний штампами или по
табличным данным, рекомендуемым соответствующими норма-
тивными документами и руководствами. Общий модуль деформа-
ции армированного массива определяется как средневзвешенная
96
величина модулей деформации просадочного грунта естественной
структуры Егр , уплотненного грунта £уп и материала сваи £св .
Осадка SH за счет сжатия уплотненного, закрепленного или
армированного массивов проявляется только в их нижней части
начиная с глубины /7Пр — za (см. рис. 41), на которой дополни-
тельные напряжения от сил нагружающего трения он.г превыша-
ют прочность уплотненного, закрепленного, армированного мас-
сива Руп
°h.z > руп.	(78)
Осадку SH за счет сжатия уплотненного, закрепленного или
армированного массива в слое толщиной hynJl (см. рис. 41) опре-
деляют по формуле(77), в которую обычно вместо Р/+бн/ под-
ставляют значения он£ , увеличивающиеся по глубине.
Осадка 5П подстилающего слоя от дополнительной нагрузки,
вызванная силами нагружающего трения, определяется по схеме
линейно-деформируемого слоя конечной толщины по формуле
п
5П = 6уруЖ	«	(79)
i
где &у — ширина условного фундамента, принимаемая равной
ширине уплотненного, закрепленного или армированного масси-
ва; ру — среднее давление по подошве условного фундамента,
равное среднему значению дополнительного давления от сил на-
гружающего трения бнл на глубине Н, определяемому по форму-
ле (67); М — поправочный коэффициент, определяемый по СНиП
11-15-74; п — число слоев, различающихся по сжимаемости в пре-
делах упругого слоя zn; ki и ki-i— коэффициенты i и i—1 слоев,
определяемые по СНиП П-15-74; Et — модуль деформации f-ro
слоя.
Расчетную толщину линейно-деформируемого слоя zn
(см. рис. 41) принимают до кровли грунтов с модулем деформа-
ции 100 МПа или на глубину
zn = H0 + tby,	(80)
где Но и I — принимаются соответственно равными для основа-
ний, сложенных: глинистыми грунтами — 9 м и 0,15; песчаными
грунтами 6 м и 0,1.
РАСЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ НА СВАИ
ОТ СИЛ НАГРУЖАЮЩЕГО ТРЕНИЯ
Закономерности развития просадок грунтов от собственного
веса, а также данные по взаимодействию свай с окружающими
просадочными грунтами показывают, что величины дополнитель-
ной нагрузки на отдельно расположенные сваи и свайные фунда-
менты от сил нагружающего трения должны определяться следу-
ющими двумя условиями:
4 1—1633
97
а)	площадью окружающего сваю грунта и «дефицитом проч-
ности его»;
б)	величиной трения и сцепления между сваей и окружаю-
щим ее грунтом.
Площадь окружающего грунта, оказывающая нагружающее
воздействие на сваю, определяется характером их расположения,
расстояниями между ними и распределительной способностью
просадочного грунта, взаимо-
действующего со сваей; 4 — кон-,
тур ростверка.
крайним рядам
грунта, равной 0,2 Н (Н — величина
просадочной толщи). В пределах сред-
ней части свайных полей или кустов
значительных размеров площадь ок-
ружающего сваю грунта равняется
F]=l2, по
= /•(0,5 /+0,2 Я), а на угловые сваи
F3 = 0,8 (0,5 /+0,2 Н)2 (рис. 42). Пло-
щадь нависающего грунта на отдель-
но расположенную сваю будет равна
F4=0,8 (0,4 Н)2, а на свою в ленточ-
ном фундаменте F5 = l (0,4 Н). В слу-
чаях применения забивных свай, в том
числе с лидером, набивных свай в
пробитых скважинах и т. п., вокруг
которых создаются уплотненные зоны, площадь окружающего
грунта, нависающего на сваю, определяется за вычетом площа-
ди уплотненной зоны.
«Дефицит прочности» просадочного грунта при просадке его
от собственного веса, как отмечалось выше, определяется раз-
ностью между вертикальным давлением от собственного веса
грунта в водонасыщенном состоянии Об/ и величиной начального
просадочного давления рПр на соответствующей глубине.
С учетом изложенного выше величина дополнительной нагруз-
ки на сваю рн от сил нагружающего трения по условию учета
площади нависающего грунта и его «дефицита прочности» будет
равна
F н
// = _£±_у
О
(81)
где F(i—5) — площадь нависающего на сваю окружающего грун-
та; hi — толщина f-x слоев, на которые разбивается толща
просадочного грунта На, в пределах которой проявляются силы
нагружающего трения.
При расчете величины дополнительной нагрузки на сваю от
сил нагружающего трения по формуле (81) вначале определяют
глубину hz, на которой наблюдается максимальная величина «де-
фицита прочности» (сгб/ — рпр/ ). Затем вычисляют величину до-
полнительной нагрузки на сваю до глубины hz по формуле
98
PnfZ	Z PlJp z)	(82)
После этого определяют полную величину дополнительной на-
грузки на сваю от сил нагружающего трения за счет учета ниж-
ней части просадочной толщи в пределах глубины Hn—hz , т. е.
Ри —Рн z + —	— V (аб i Pup l)	(83)
/7 н "Z
Величину дополнительной нагрузки на сваю Рн при просад-
ках окружающего грунта по величине трения и сцепления между
сваей и окружающим ее грунтом определяют по формуле
Рн == mu J1, mf ft lh	(84)
о
где т и ту — коэффициенты условий работы сваи, принимаемые
по СНиП П-17-77; и — наружный периметр ствола сваи; —
расчетная величина силы нагружающего трения по боковой по-
верхности сваи; // — толщина слоя грунта, соприкасающаяся с
боковой поверхностью сваи.
Расчетную величину силы нагружающего трения по боковой
поверхности сваи принимают по табл. 2 СНиП П-17-77 с учетом
возможного коэффициента консистенции грунта, зависящего в
основном от степени влажности грунта, вида и расположения
источника замачивания. В случаях возможного подъема уровня
грунтовых вод (см. рис. 39, в) расчетным состоянием грунтов по
влажности будет полное водонасыщение в нижней части, начиная
с отметки максимального подъема уровня грунтовых вод и зоны
капиллярного повышения влажности, а в верхней части — при-
родная или установившаяся влажность. При интенсивном зама-
чивании сверху из источника, расположенного в пределах пло-
щади нависающего на сваю грунта (см. рис. 39, а), расчетным
состоянием грунта по влажности будет полное водонасыщение,
а на некотором расстоянии от сваи (см. рис. 39, б) также, как
и при подъеме уровня грунтовых вод.
За расчетную величину дополнительной нагрузки на сваю
принимают минимальное из значений Рн и , вычисляемых
по приведенным выше двум условиям (81—83) и (84) с после-
дующей корректировкой их на возможную величину просадки
грунта от собственного веса по рис. 38.
В свайных полях или кустах значительных размеров в плане
расчетные величины дополнительной нагрузки от сил нагружаю-
щего трения на внутренние сваи обычно принимаются по первому
условию, т. е. по площади нависающего на сваю грунта и «де-
фицита прочности», а на крайние ряды, а также отдельно распо-
ложенные сваи и сваи в ленточном фундаменте — по второму
условию, учитывающему трение между сваей и грунтом.
4*
99
УЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК
ОТ СИЛ НАГРУЖАЮЩЕГО ТРЕНИЯ
г
Выполненные в последние годы НИИОСП исследования пока-
зывают, что учет дополнительных нагрузок от сил нагружающе-
го трения на уплотненные, закрепленные, армированные массивы
и сваи может осуществляться по двум направлениям:
а)	путем передачи и восприятия дополнительных нагрузок
от сил нагружающего трения уплотненными, закрепленными мас-
сивами и сваями;
б)	ликвидацией или снижением влияния сил нагружающего
трения на уплотненные, закрепленные массивы и сваи.
Основное направление в настоящее время первое, так как
второе пока что находится в стадии разработки и эксперимен-
тальной проверки.
Восприятие дополнительных нагрузок от сил нагружающего
трения должно обеспечиваться повышением прочности и несу-
щей способности уплотненных, закрепленных, армированных
массивов и свай, снижением давлений на подстилающие грунты
путем устройства в нижней части уширений, создания несущего
слоя повышенной прочности, повышением глубины уплотнения,,
закрепления грунтов и заложения свай и т. п.
При проектировании уплотненных, закрепленных массивов
и свай на просадочных грунтах со II типом грунтовых условий
по просадочности выбор мероприятий по учету сил нагружающе-
го трения должен осуществляться с учетом конструктивных, тех-
нологических особенностей проектируемых зданий и сооруже-
ний, условий их эксплуатации.
Уплотнение, закрепление и армирование грунтов следует
производить под всеми зданиями или сооружениями, включая
основания фундаментов несущих конструкций, оборудования,
инженерных коммуникаций, полов. Необходимое в подобных слу-
чаях повышение прочности и несущей способности в нижней час-
ти уплотненного массива достигается использованием для запол-
нения пробитых скважин более прочного грунтового материала
(шлака, щебня, песчано-гравийной смеси и т. п.), а закреплен-
ного грунта — применением раствора более высокой концент-
рации.
При уплотнении и закреплении грунтов на всей застраивае-
мой площади силы нагружающего трения обычно развиваются
только по периметру здания или сооружения и их целесообразно
учитывать соответствующим увеличением размеров уплотненной
или закрепленной площади либо устройством контурных полос
повышенной прочности и несущей способности по периметру со-
ответствующих массивов. В частности, в [68] основным меропри-
ятием по восприятию сил нагружающего трения и дополнитель-
ной нагрузки от них на уплотненные грунтовыми сваями масси-
вы является увеличение размеров их в каждую сторону от грани
100
фундамента в соответствии с данными экспериментальных иссле-
дований на 0,2 величины просадочной толщи.
Сваи и опоры из закрепленного грунта обычно устраивают
только под фундаментами несущих конструкций зданий и соо-
ружений с учетом полного восприятия ими наряду с нагрузкой
от фундаментов сил нагружающего трения, возникающих при
просадках окружающих грунтов от собственного веса. При не-
обходимости устранения просадок грунтов от собственного веса
под фундаментами технологического оборудования, инженерны-
ми коммуникациями, полами на остальной площади здания или
сооружения целесообразно выполнять армирование грунтов, в
том числе теми же сваями и опорами из закрепленного грунта из
расчета восприятия ими дополнительных нагрузок от сил нагру-
жающего трения. В этом случае армирование грунтов будет
достаточно эффективным мероприятием по устранению сил на-
гружающего трения на свайные фундаменты несущих конст-
рукций.
Основным мероприятием по ликвидации или снижению влия-
ния сил нагружающего трения на уплотненные, закрепленные
и армированные массивы, свайные фундаменты в виде сплош-
ных полей и кустов значительных размеров в плане является
отрезка их по периметру от окружающих просадочных грунтов
глубокими прорезями, заполненными эластичными материалами,
а при отдельно расположенных сваях — устройство их в эластич-
ных оболочках, и обмазкой антифрикционными материалами
и т. п.
При разработке мероприятий по ликвидации и снижению
сил нагружающего трения отрезкой предстоит: разработать
технологию устройства прорезей в лессовых грунтах шириной
5—20 см на глубину до 20—25 м; решить вопросы заполнения
прорезей эластичным материалом, в качестве которого могут
быть использованы растворы бентонитовой, пластичной глины
с пластификаторами, многослойная полиэтиленовая пленка,
стекловолокно и т. п.; изучить эффективность и долговечность
применения глубоких прорезей и эластичных материалов, для
их заполнения.
Устройство набивных свай в эластичных оболочках не пред-
ставляет трудностей. Эластичным материалом могут служить
стекловолокно, картон с пропиткой антисептическими материал
лами, полиэтиленовые трубы, пленки и т. п. Экономическая эф-
фективность устройства свай в эластичных оболочках и с обмаз-
кой антифрикционными материалами вполне очевидна, так как
позволяет в 1,5—5 раз уменьшить количество свай. Однако при
этом следует учитывать необходимость применения соответству-
ющих мероприятий по обеспечению нормальной эксплуатации
расположенных на окружающих и прилегающих к сваям участ-
ках инженерных коммуникаций, фундаментов технологического
оборудования, полов и т. п.
101
Глава VII. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ
И ФУНДАМЕНТОВ НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ
РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ
Г
Практикой проектирования последних лет установлено, что
наиболее экономичные решения по основаниям и фундаментам,
а также по мероприятиям, обеспечивающим прочность и нор-
мальную эксплуатацию зданий и сооружений, получаются при
расчете оснований на просадочных грунтах по деформациям;
Это достигается за счет того, что при использовании принципа
расчета по деформациям в наибольшей степени учитываются
местные грунтовые условия, конструктивные особенности возво-
димых зданий и сооружений,, а также особенности их эксплуата-
ции, включая возможные виды и источники замачивания осно-
ваний.
Цель расчета оснований по деформациям заключается в обес-
печении нормальной эксплуатации зданий и сооружений и огра-
ничении деформаций оснований, фундаментов и самих зданий и
сооружений величинами, при которых гарантируются их проч-
ность, долговечность и отсутствие недопустимых осадок, проса-
док и кренов, сохранение проектного положения отдельных кон-
струкций, стыковых соединений и т. п.
При расчете оснований на просадочных грунтах по дефор-
мациям наряду с деформациями оснований, возникающими
вследствие осадки грунта от нагрузки фундаментов, должны
рассматриваться следующие виды совместных деформаций, вы-
званные просадкой грунтов:
абсолютная просадка отдельного фундамента Snp.<t>, представ-
ляющая собой максимально возможную величину просадки от-
дельного столбчатого или ленточного фундамента для рассмат-
риваемых грунтовых условий при наиболее неблагоприятном
расположении источника замачивания и увлажнении грунта на
всю величину просадочной толщи;
средняя просадка здания Snp.cp, отнесенная к зданию в целом,
отдельным блокам, отрезанным осадочными швами, или к груп-
пе фундаментов, имеющих взаимосвязанную надземную конст-
рукцию, которая вычисляется как средневзвешенная величина
абсолютных просадок отдельных фундаментов с учетом их пло-
щади и количества;
относительная неравномерность просадок Д5пр// двух сосед-
них фундаментов, т. е. разность просадок отдельных точек ASnp,
отнесенная к расстоянию между ними /, которая вызывается
как различными нагрузками на отдельные фундаменты или их
части, так и, главным образом, различным характером увлаж-
нения грунтов;
крен при просадке фундамента или здания в целом гпр, пред-
ставляющий собой отношение разности просадок крайних точек
102
отдельного фундамента или здания к их ширине и проявляющий-
ся обычно при неравномерном и одностороннем замачивании
грунтов;
относительный прогиб при просадке fnp/l, т. е. отношение
стрелы прогиба к длине изгибаемого участка I здания или
сооружения, который наблюдается, как правило, в гибких и от-
носительно жестких зданиях и сооружениях при неравномерном
замачивании грунтов.
Все эти деформации чаще всего проявляются одновременно.
Однако, используя принцип независимости действия сил, расчет
их выполняют раздельно. Кроме этого, на площадках со II типом
грунтовых условий по просадочности дополнительно к вышепри-
веденным деформациям должны рассматриваться: относительное
горизонтальное перемещение грунта ег в основании; наклон по-
верхности грунта tgQ.
Расчет оснований и фундаментов на просадочных грунтах
по деформациям сводится к удовлетворению неравенства
S + Snp<Sn,	(85)
где S—величина совместной деформации основания и здания
или сооружения (абсолютная средняя осадка, крен, прогиб
и т. д.), вызванная нагрузкой от фундамента, определяе-
мая как для обычных непросадочных грунтов в соответствии с их
деформационными характеристиками при природной или уста-
новившейся влажности; Snp —величина деформации основания
вследствие просадки грунтов при их замачивании; Sn *-* предель-
но допустимая величина совместной деформации основания
и здания или сооружения.
Предельно допустимые величины совместной деформации ос-
нования и здания устанавливаются исходя из необходимости
обеспечения:
технологических и архитектурных требований к деформаци-
ям зданий в части изменения их проектных уровней и поло-
жений, отдельных конструкций, оборудования, включая требова-
ния к нормальной работе лифтов, кранового оборудования и т. п.;
требований к прочности, устойчивости и трещиноватости кон-
струкций, включая общую устойчивость здания или сооружения.
Для упрощения расчетов предельные величины деформации
оснований 5П на просадочных грунтах с учетом возможности
одновременного сочетания наиболее неблагоприятных условий
по осадке и просадке допускается принимать равными
5п === *^П ^пр>	(86)
где Sn — предельная величина деформации основания для слу-
чаев неравномерной осадки фундаментов на обычных непроса-
дочных грунтах; тпр —коэффициент условий работы, учиты-
вающий вероятность одновременного сочетания наиболее небла-
гоприятных условий по просадке и осадке и принимаемый
равным: при Snp <2S—mnp = l; при Snp ^2S—mnp = 1,25.
103
При расчете оснований по деформациям выполнение условия
(85) достигается, с одной стороны, путем ликвидации возмож-
ной величины просадки методами уплотнения, закрепления, про-
резки просадочных грунтов и, с другой,— повышением предель-
но допустимых деформаций оснований, применением соответст-
вующих конструктивных мероприятий.
ФАЗЫ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
Рис. 43, Фазы напряжен-
ного состояния проса-
дочных грунтов.
При деформации обычных непросадочных грунтов под нагруз-
кой различают три фазы напряженного состояния: нормального
уплотнения, сдвига и прогрессирующего течения [82]. Нередко
эти три фазы механически переносят и на просадочные грунты,
причем просадка отождествляется с фазами сдвигов и прогрес-
сирующего течения. Однако специальные
исследования в различных грунтовых ус-
ловиях показали, что в общем случае де-
формация просадочного лессового грун-
та в водонасыщенном состоянии от на-
грузки фундамента характеризуется сле-
дующими пятью фазами (рис. 43): I —
нормального уплотнения; II — просадки;
III — последующего (послепросадочного)
уплотнения и IV—V — фазы сдвигов и
прогрессирующего течения. Переход от
одной фазы к другой, как видно из
рис. 43, происходит постепенно, о чем
свидетельствуют криволинейные участ-
ки.
I фаза — характеризуется уплотнением просадочного грунта,
происходящим в результате уменьшения объема пор. Структура
грунта при этом не разрушается. Величина модуля деформации
в пределах этого участка почти не отличается от модуля дефор-
мации обычных непросадочных грунтов для данного состояния
по влажности и степени плотности. Деформация грунта в этой
фазе близка к деформации обычных грунтов и сопровождается
вертикальными и, частично, горизонтальными перемещениями
грунта.
II фаза — характеризуется резким увеличением осадки при
сравнительно небольшом диапазоне повышения давления, кото-
рая сопровождается нарушением структуры грунта и более
плотной его укладкой. Значение модуля деформации грунта в
фазе просадки резко падает и, по сравнению с модулем дефор-
мации в пределах I фазы, уменьшается в 2—10 раз. Уплотнение
грунта во II фазе происходит как за счет вертикальных так и
частично горизонтальных деформаций. Точка перехода фазы
нормального уплотнения к фазе просадки, получившая для обыч-
104
ных грунтов название «предела пропорциональности», для про-
садочных принимается за начальное просадочное давление.
III фаза характеризуется резким уменьшением степени на-
растания деформаций. По существу, уплотнение в этой фазе свя-
зано г формированием новой послепросадочной структуры. По
скорости и характеру протекания осадок III фаза практически
аналогична I фазе. Модуль деформации грунта в этой фазе до-
статочно близок к модулю деформации в I фазе.
. IV n V фазы деформаций грунта, как и для непросадочных
грунтов — фазы сдвига и прогрессирующего течения [82]. Ха-
рактер перемещений отдельных слоев грунта в этой фазе меня-
ется. Под фундаментом формируется уплотненное ядро, о чем
свидетельствует отсутствие сжатия грунта в зоне, прилегающей
непосредственно к его подошве. Перемещения грунта в IV и V
фазах происходят, в основном, в нижних слоях за счет увеличе-
ния глубины деформируемой зоны. В верхних слоях, по-видимо-
му, образуются непрерывные поверхности скольжения, что обус-
ловливает интенсивные вертикальные и горизонтальные переме-
щения, в результате чего при дальнейшем увеличении нагрузки
массив грунта должен потерять устойчивость.
Описанные особенности деформирования и фазы напряжен-
ного состояния просадочных грунтов явились основой для раз-
работки предложений по определению расчетных давлений на
просадочные грунты.
РАСЧЕТНЫЕ ДАВЛЕНИЯ НА ПРОСАДОЧНЫЕ ГРУНТЫ
Эксперименты, опыт проектирования и строительства пока-
зывают, что расчетные давления на просадочные грунты зави-
сят от многих факторов, основными из которых являются: сос-
тояние грунтов по степени влажности и плотности; их прочност-
ные характеристики; мероприятия по устранению просадочное-,
ти грунтов и обеспечению прочности возводимых зданий и
сооружений; конструкции и размеры фундаментов и др.
В зависимости от состояния просадочных грунтов по влаж-
ности и возможности их замачивания при назначении расчетных
давлений на просадочные грунты необходимо рассматривать
два наиболее характерных случая.
1-й случай, когда замачивание просадочных грунтов в осно-
вании фундаментов исключается и повышение влажности воз-
можно лишь при его низком естественном значении за счет
нарушения природных условий при застройке территории, до
установившейся влажности. Поэтому для 1-го случая за расчет-
ное состояние при низкой влажности следует принимать устано-
вившуюся влажность, а при высокой — природную. Расчетные
давления на просадочные лессовые грунты для этого случая ре-
комендуется определять по СНиП 11-15-74 [74] с использованием -
прочностных характеристик при указанной выше влажности.
10&
Рис. 44. Зависимость рас-
четных давлений Ri и Rz
от объемной массы ске-
лета и относительной
просадочности грунта.
Во 2-м случае, когда возможно замачивание просадочных
грунтов от различных источников, расчетным состоянием будет
являться полное водонасыщение грунта.
В соответствии с рассмотренными выше фазами деформации
водонасыщенного просадочного грунта под нагрузкой можно вы-
делить два состояния, которые должны быть приняты, за исход-
ные для определения расчетного давления на просадочные грун-
ты (см. рис. 43):
I — точка /?ь представляет собой расчетное давление на про-
садочный лессовый грунт из условия исключения его просадки,
которое при этом состоянии принимается
равным величине начального просадоч-
ного давления;
II — точка /?2, представляет собой
расчетное давление, при котором допус-
кается просадка грунта на полную его
потенциальную величину, но обеспечива-
ется прочность уплотненного в резуль-
тате просадки грунта.
Расчетные давления /?1 и /?2, опреде-
ляемые соответственно по I и II состоя-
ниям, зависят, в основном, от объемной
массы скелета и относительной проса-
дочности грунта (рис. 44). С увеличе-
нием объемной массы скелета грунта в
естественном сложении они возрастают,
а при увеличении относительной просадочности уменьшаются.
Анализ полученных результатов (см. рис. 44) указывает
также на весьма существенную разницу между величинами рас-
четных давлений fii и Т?2, получаемых по I и II состояниям. Вы-
зывается это тем, что после проявления просадки формируется
новая структура грунта со значительно более высокой плот-
ностью и, следовательно, прочностью.
При назначении расчетных давлений на просадочные грунты
учитывают применяемые методы обеспечения прочности зданий
и сооружений. В случаях устранения просадки грунтов в преде-
лах деформируемой зоны от фундаментов путем снижения дав-
ления на грунт (уширение фундаментов) расчетное давление
определяется по первому состоянию Ri и принимается равным
величине начального давления. Возможно также определение
расчетных давлений Лл по прочностным характеристикам с и <р,
полученным по методике быстрого сдвига в водонасыщенном
состоянии в условиях незавершенной консолидации, т. е. в фазе
просадки грунта.
При обеспечении прочности, устойчивости и нормальной
эксплуатации зданий и сооружений путем применения комплек-
са водозащитных и конструктивных мероприятий, а также при
проектировании зданий по деформациям расчетные давления
106
определяют по II состоянию. Для этого состояния при определе-
нии расчетного давления используют прочностные характеристи-
ки просадочных грунтов, полученные в водонасыщенном состо-
янии в условиях завершенной консолидации.
Величины расчетных давлений для II состояния оказывают-
ся равными 0,3—0,5 МПа. Это свидетельствует о том, что уплот-
нение лессового грунта в результате просадки приводит не толь-
ко к повышению его плотности, но и к формированию новой,
устойчивой структуры, способной воспринимать значительную
нагрузку. Из опыта строительства известно много примеров воз-
ведения зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах
естественной структуры с давлением на грунт 0,24—0,4 МПа, в
которых имело место замачивание и просадка грунта без потери
устойчивости основания.
При постепенном возрастании нагрузки от фундамента на
уплотненные и закрепленные просадочные грунты при их есте-
ственней влажности и в водонасыщенном состоянии деформация
их так же, как и обычных грунтов сопровождается последова-
тельным наступлением фаз нормального уплотнения, сдвига
и прогрессирующего течения. В связи с этим принципы подхода
к назначению расчетных давлений на уплотненные и закреплен-
ные грунты будут аналогичными применяемым к обычным грун-
там в соответствии с их прочностными характеристиками. Так
как уплотнение и закрепление грунтов обычно производится
с целью устранения их просадочных свойств и, следовательно,
в тех случаях, когда возможно замачивание грунтов, расчетные
давления на уплотненные и закрепленные грунты, как правило,
определяются с использованием прочностных характеристик,
полученных в водонасыщенном состоянии.
Полное или частичное устранение просадочных свойств лессо-
вых грунтов в пределах деформируемой зоны приводит к тому,
что полученное основание становится неоднородным, особенно
в водонасыщенном состоянии, и чаще всего может рассматри-
ваться как двухслойное, состоящее из уплотненного или закреп-
ленного слоя и подстилающего его просадочного грунта природ-
ного сложения. В связи с этим обязательным условием расчета
такого основания является проверка подстилающего слоя, кото-
рая включает выполнение неравенства
Р6.П + а (р — р6) < R,	(87)
где рб.п — природное давление на кровле подстилающего грунта,
залегающего ниже уплотненного или закрепленного слоя; а —
коэффициент уменьшения дополнительного давления от фунда-
мента на кровле неуплотненного слоя; р — давление по подошве
фундамента от его нагрузки; рб — природное давление на отмет-
ке заложения фундамента; R — расчетное давление на уплотнен-
ный или закрепленный грунт для условного фундамента.
107
Принимая расчетное давление подстилающего слоя равным
начальному просадочному давлению R = Pnp , расчетное давление
по подошве фундамента по условию обеспечения несущей спо-
собности подстилающего слоя будет равно
Aip ~А).п“аРб
(88)
а
Для назначения предварительных размеров фундаментов
зданий и сооружений на просадочных грунтах допускается ис-
пользовать величины условных расчетных давлений Ro, приве-
денных в СНиП П-15-74 (табл. 1).
Таблица 1
Ro, МПа
Грунты
Грунты природного сложения Грунты уплотненные с объ~
с объемной массой скелета емкой массой скелета
Yo, тс/м8	тск, тс/м8
1,35	1,55	1,60	1,:о
Супесь	0,3 0,15	0,35 0,18	0,2	0,25
	0,35	0,4		
Суглинок	0,18	0,2	0,25	0,3
	0,4	0,45		
Глина			0,3	0,35
	0,2	0,22		
Примечания: В числителе приведены значения Ro, относящиеся к просадочным
грунтам природного сложения со степенью влажности G^0,5 и при невозможности ик
замачивания; в знаменателе — значения Ro, относящиеся к таким же грунтам со степенью
влажности G > 0,8, а также к грунтам с меньшей степенью влажности при возможности
их замачивания.
2. Для просадочных грунтов с промежуточными значениями УСк и G значения Ro
определяются интерполяцией.
Значениями условных расчетных давлений Ro допускается
пользоваться также для назначения окончательных размеров
фундаментов при проектировании перечисленных ниже зданий,
если в них отсутствует мокрый технологический процесс:
производственные, складские, сельскохозяйственные и т. п.
одноэтажные здания с несущими конструкциями, малочувстви-
тельными к неравномерным осадкам, с нагрузкой на столбчатые
фундаменты порядка до 400 кН или ленточные до 80 кН/м;
жилые и общественные бескаркасные здания высотой не бо-
лее трех этажей с нагрузкой на ленточные фундаменты до
100 кН/м.
В этих случаях величины расчетных давлений на просадочные
грунты оснований R определяются с учетом их корректировки
на глубину заложения и ширину фундаментов.
108
ПРИНЦИПЫ СТРОИТЕЛЬСТВА НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ
Обеспечение прочности и нормальной эксплуатации зданий
и сооружений на просадочных грунтах достигается применением
соответствующих принципов и методов строительства, которые
основываются на учете природы, механизма просадочности, за-
кономерности развития просадочных деформаций [68, 74].
При проектировании оснований, фундаментов и зданий на
просадочных грунтах прежде всего учитывают возможность их
замачивания и возникновения просадочных деформаций. Поэто-
му в тех случаях, когда исключается замачивание просадочных
грунтов сверху или вследствие подъема уровня грунтовых вод и
возможно лишь медленное повышение влажности до установив-
шейся за счет застройки территории, основания и фундаменты
проектируют как на обычных непросадочных грунтах. Подобные
условия обычно имеют место при строительстве зданий и соору-
жений, необорудованных водопроводом и канализацией, у котс£
рых внешние сети и возможные источники замачивания распо-
ложены на расстояниях, больших полуторной величины проса-
дочной толщи.
При возможности и неизбежности замачивания просадочных
грунтов в основании прочность и нормальная эксплуатация зда-
ний и сооружений достигаются применением одного из следую-
щих принципов:
а)	устранения просадочных свойств грунтов;
б)	прорезки просадочных грунтов глубокими фундаментами;
в)	комплекса мероприятий, включающего подготовку основа-
ния, водозащитные и конструктивные мероприятия.
Устранение просадочных свойств грунтов достигается приме-
нением различных методов уплотнения и закрепления и направ-
лено на изменение природной структуры, повышение плотности,
прочности, исключение просадочности грунтов и превращение их
в обычные непросадочные грунты с более высокими значениями
прочностных и деформационных характеристик. Основными ме-
тодами уплотнения просадочных грунтов с I типом грунтовых
условий по просадочности являются: поверхностное уплотнение
тяжелыми трамбовками, вытрамбовывание котлованов, устрой-
ство грунтовых подушек, а на площадках со II типом: предвари-
тельное замачивание, в том числе с глубинными взрывами, глу-
бинное уплотнение пробивкой скважин (грунтовыми сваями)
и др. Закрепляют просадочные грунты однорастворной силика-
тизацией и обжигом.
Прорезка просадочных грунтов глубокими фундаментами пре-
дусматривает передачу нагрузки от фундаментов на подстилаю-
щие грунты и тем самым полное или частичное исключение вли-
яния просадочности грунтов на осадки фундаментов. Она выпол-
няется свайными фундаментами из забивных или набивных свай
различных конструкций, столбами из закрепленного грунта.
109
Комплекс мероприятий направлен на частичное снижение ве-
личин просадок грунтов и приспособление конструкций зданий
и сооружений к возможным просадкам грунтов в основании. При
этом подготовка оснований выполняется путем уплотнения грун-
тов различными методами с целью полной или частичной ликви-
дации просадок грунтов в пределах деформируемой зоны от на-
грузки фундаментов и создания в основании маловодопроницае-
мого экрана из уплотненного грунта, препятствующего замачи-
ванию нижележащих просадочных грунтов и промачиванию
всей просадочной толщи. Водозащитные мероприятия на-
правлены на снижение возможности замачивания грунтов, про-
мачивания всей просадочной толщи и тем самым снижение мак-
симальных просадок до минимально возможных величин. Кон-
структивные мероприятия выполняются с целью приспособле-
ния зданий и сооруженний к возможным просадкам грунтов и
принимаются по расчету конструкций на неравномерные просад-
ки в основаниях.
При выборе принципов и методов их осуществления по обес-
печению прочности и нормальной эксплуатации зданий и соору-
жений на просадочных грунтах учитывают тип грунтовых усло-
вий по просадочности, вероятность замачивания основания на
всю величину просадочной толщи или ее части, возможную ве-
личину просадки, взаимосвязь проектируемых зданий и соору-
жений с соседними объектами и коммуникациями и т. п. на ос-
нове технико-экономического обоснования.
На просадочных грунтах с I типом грунтовых условий по про-
садочности вполне возможно применять частичное устранение
просадочных свойств грунтов, а также неполную прорезку про-
садочных грунтов глубокими фундаментами, но с обязательным
обеспечением того, чтобы суммарные величины осадок и проса-
док не превышали предельно допустимых для зданий и соору-
жений величин как по их абсолютному значению, так и степени
неравномерности. В отличие от этого на просадочных грунтах
со II типом грунтовых условий в связи с необходимостью учета
сил нагружающего трения должно применяться только полное
устранение просадочных свойств грунтов и их полная прорезка;
Устранение просадочных свойств грунтов обычно целесооб-
разно применять для зданий и сооружений, осадки фундаментов
которых на уплотненных и закрепленных грунтах не превышают
допустимых для них величин, а прорезку просадочных грунтов —
в грунтовых условиях, характеризующихся наличием ниже про-
садочной толщи слоев грунта с повышенной плотностью и несу-
щей способностью. Комплекс мероприятий применяется, как пра-
вило, при проектировании и привязке малочувствительных к не-
равномерным деформациям оснований зданий и сооружений с
несущими продольными и поперечными стенами.
110
ВОДОЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
Водозащитные мероприятия при строительстве зданий на про-
садочных грунтах применяются, как правило, на площадках со
II типом грунтовых условий по просадочности для снижения ве-
роятности замачивания грунтов в основании, исключения интен-
сивного замачивания на всю величину просадочной толщи
и полного проиявления возможной величины просадки грунта,
контроля за состоянием сетей, несущих воду, возможности их
осмотра и быстрого ремонта, обеспечения своевременного пре-
дотвращения источников замачивания грунтов в основании
и т. п.
В комплекс водозащитных мероприятий входят: компоновка
генплана; планировка застраиваемой территории; устройство
под зданиями и сооружениями маловодопроницаемых экранов;
качественная засыпка пазух котлованов и траншей; устройство
вокруг зданий отметок; прокладка внешних и внутренних ком-
муникаций, несущих воду, с исключением возможности утечки
из них воды, обеспечением* свободного их осмотра и ремонта; от-
вод аварийных вод за пределы зданий и в ливнесточную сеть
и др.
Компоновку генеральных планов выполняют с максимальным
сохранением естественных условий стока поверхностных вод.
Переселения линий стока поверхностных вод по всей их длине
под зданиями и сооружениями не допускаются. Здания и соору-
жения с мокрым технологическим процессом должны распола-
гаться, как правило, в пониженных частях рельефа застраивае-
мой площадки, на участках с высоким расположением уровня
грунтовых вод, наличием дренирующего слоя, подстилающего
просадочную толщу грунтов.
При планировке застраиваемой площадки или участка строи-
тельства следует использовать пути естественного стока атмо-
сферных вод. При этом применение песчаных грунтов, строи-
тельного мусора и других дренирующих материалов для плани-
ровочных насыпей на площадках со II типом грунтовых условий
не допускается.
В’основаниях зданий и сооружений, возводимых на просадоч-
ных грунтах, относящихся ко II типу грунтовых условий по про-
садочности, с применением комплекса мероприятий делают
сплошные маловодопроницаемые экраны из уплотненного лес-
сового грунта с уширением их в каждую сторону от наружных
граней фундаментов на соответствующую величину.
Прорезка маловодопроницаемого экрана под зданиями тран-
шеями для коммуникаций на глубину более 7з его толщины не
допускается. При этом толщина экрана ниже дна траншеи долж-
на бытц не менее 1,5 м для зданий и сооружений с мокрым тех-
нологическим процессом, а также зданий повышенной этажнос-
ти и 1;м для остальных зданий и сооружений.
111
Обратные засыпки котлованов у фундаментов и траншей под
коммуникациями должны устраиваться из местных лессовидных
суглинков, глин, а при отсутствии их — из супесей. Грунт в об-
ратные засыпки отсыпается отдельными слоями с влажностью»
близкой к оптимальной и уплотняется до требуемой степени
плотности.
Вводы водопровода и теплосетей в здание, а также выпуски
канализации и водостоков следует прокладывать в каналах со
съемными плитами перекрытия. Каналы целесообразно делать из
одного железобетонного лотка и укладывать с уклоном не. менее
0,02 в сторону от здания. Примыкание каналов к фундаментам
здания должно быть герметичным и выполняться с учетом нерав-
номерной просадки канала и фундамента.
Для контроля за утечкой воды из трубопроводов внутренних
сетей, а также трубопроводов, проложенных в каналах вводов
и выпусков, и для обнаружения аварийных вод следует в конце
каналов предусматривать устройство контрольных колодцев.
Полы в зданиях и сооружениях, запроектированных с приме-
нением комплекса мероприятий, устраивают водонепроницаемы-
ми. Для возможности стока аварийных вод полы выполняют с
уклонами 0,005—0,01 к приямкам. В местах сопряжения полов
со стенами делают плинтусы на высоту 0,1—0,2 м.
Вокруг каждого здания следует делать водонепроницаемые
отмостки, которые должны иметь подготовку из местного уплот-
ненного грунта и устраиваться с уклоном в поперечном направ-
лении не менее 0,03.
КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
Конструктивные мероприятия применяют обычно только при
строительстве зданий и сооружений на просадочных грунтах со
II типом грунтовых условий по просадочности, возводимых с ис-
пользованием комплекса мероприятий, и назначают, как прави-
ло, по расчету конструкций зданий и сооружений на неравномер1
ные просадки грунтов оснований. Мероприятия объединяют в три
основные группы, направленные на:
а)	повышение прочности и общей пространственной жесткос-
ти зданий и сооружений;
б)	увеличение податливости зданий и сооружений за счет
применения гибких или податливых конструкций;
в)	обеспечение нормальной эксплуатации зданий и сооруже-
ний при возможных неравномерных просадках грунтов осно-
ваний.
Выбор одной из групп мероприятий или их сочетания зависит
от конструктивных особенностей зданий и сооружений, а также
от их технологического назначения и условий эксплуатации.
Мероприятия первой группы применяются обычно для отно-
сительно жестких зданий и сооружений. Мероприятия второй
112
группы, связанные с увеличением податливости зданий и соору-
жений, применяются, как правило, для податливых и гибких
зданий. Мероприятия третьей группы обычно применяются в со-
четании с мероприятиями первой или второй группы для зданий
и сооружений, оборудованных специальными технологическими
устройствами, и направлены на обеспечение нормальной эксплу-
атации этих устройств при возможных неравномерных просад-
ках грунтов в основаниях и, в случаях необходимости, на вос-
становление их нормального эксплуатационного положения.
Мероприятия по повышению прочности и общей пространст-
венной жесткости зданий и сооружений включают: разрезку зда-
ний и сооружений осадочными швами на отдельные отсеки; уст-
ройство железобетонных поясов или армированных швов; повы-
шение вида и степени армирования отдельных железобетонных
элементов; усиление прочности стыков между отдельными эле-
ментами конструкций; устройство жестких горизонтальных диа-
фрагм из сборных железобетонных элементов; усиление фунда-
ментно-подвальной части зданий и сооружений путем применения
монолитных или сборно-монолитных фундаментов.
Здания и сооружения в плане целесообразно проектировать
простой конфигурации, при которой обеспечивается возможность
их разрезки осадочными швами на отдельные достаточно жест-
кие и прочные отсеки прямоугольной формы в плане. Осадочные
швы, как правило, должны располагаться в местах резкого из-
менения высоты и нагрузок на фундаменты; изменения толщины
слоя просадочных грунтов и конструкции фундаментов; у попе-
речных стен и т. п. Расстояние между осадочными швами наз-
начается по расчету конструкций на изгиб и ориентировочно при-
нимается для жилых, гражданских и промышленных многоэтаж-
ных зданий равным 20—40 м, а для промышленных одноэтаж-
ных зданий — 40—80 м.
Железобетонные пояса и армированные швы устраивают с
целью повышения прочности стен и увеличения общей жесткости
зданий. В крупнопанельных зданиях поэтажные пояса выполня-
ют путем выпуска и стыкования на сварке верхней арматуры па-
нелей, расположенной в надпроемных перемычках. В крупно-
блочных зданиях поэтажными поясами служат поясные и пере-
мычные блоки, соответствующим образом армируемые и соеди-
няемые между собой путем сварки арматуры с последующим
замоноличиванием стыков. В кирпичных зданиях поэтажные
пояса совмещаются с надоконными и наддверными перемычками
или устраиваются армированные швы над перемычками.
Мероприятия по увеличению податливости зданий и сооруже-
ний за счет применения гибких и разрезных конструкций вклю-
чают: обеспечение гибкой связи между отдельными элементами
конструкций; повышение площади опирания отдельных конст-
рукций элементов; увеличение устойчивости элементов конструк-
ций при повышенных деформациях оснований; повышение
113
влаго- и водонепроницаемости стыков между отдельными взаим-
ноперемещающимися элементами конструкций.
Обеспечение нормальной эксплуатации зданий и сооружений
при возможных просадках и горизонтальных перемещениях грун-
тов в основаниях достигается:
применением таких конструктивных решений отдельных узлов
и деталей, которые позволяют в короткие сроки восстановить
после неравномерных просадок нормальную эксплуатацию кра-
нов, лифтов и т. д.
увеличением габаритов между отдельными конструкциями
(например, между мостовыми кранами и элементами покрытия,
размеров лифтовых шахт и т. п.), обеспечивающими восстановле-
ние нормальной эксплуатации оборудования.
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
Закрепление просадочных грунтов обычно применяют с целью
устранения просадочных свойств грунтов либо создания за-
крепленных столбов и массивов для передачи нагрузки от фун-
даментов на подстилающие непросадочные грунты [10, 73].
В связи с этим закрепленный массив грунта в первом случае рас-
сматривается как основание, а во втором как фундамент или
глубокая опора.
Цели и назначения закрепления просадочных грунтов опре-
деляются особенностями грунтовых условий, конструкций зданий
и сооружений, нагрузками на фундаменты и др. факторами. На
просадочных грунтах с I типом грунтовых условий и особенно
при отсутствии подстилающего слоя повышенной несущей спо-
собности, а также для зданий со сравнительно небольшими на-
грузками на фундаменты закрепление грунтов целесообразно
осуществлять для устранения просадочных свойств грунтов.
В этом случае прочность закрепленного грунта назначают исхо-
дя из условия устранения просадочности и обеспечения требуе-
мых прочностных и деформационных характеристик, необходи-
мых для восприятия нагрузки от фундаментов; закрепление
силикатизацией выполняется растворами пониженной концентра-
ции, а размеры в плане и по глубине закрепленных массивов
назначаются на основе тех же исходных положений, которые
принимаются при проектировании грунтовых подушек и уплот-
нении тяжелыми трамбовками (см. главу IX).
На просадочных грунтах со II типом грунтовых условий и
особенно для жилых зданий и сооружений обычно целесообраз-
но создавать из закрепленного грунта отдельные опоры и масси-
вы, передающие нагрузку от зданий на подстилающие слои не-
просадочного грунта достаточной несущей способности. При этом
прочность закрепленных грунтов должна назначаться исходя из
передачи нагрузок от фундаментов зданий или сооружений, соб-
ственного веса закрепленного грунта и сил нагружающего тре-
114
ния, возникающих при просадках грунтов от их собственного
веса. Так как суммарные величины действующих на закреплен-
ные опоры и массивы нагрузок с глубиной возрастают, прочность
закрепленного грунта с глубиной должна возрастать до 1,5—
3 МПа, что достигается повышением концентрации силикатного
раствора, интенсификацией процесса применения углекислого
газа и т. п. Кроме этого, в случаях залегания ниже просадочно-
го грунта водонасыщенных лессовых грунтов с низкой несущей
способностью часто необходимо в нижней части создать ушире-
ния из закрепленного грунта или предусматривать закрепление
водонасыщенных грунтов с опиранием закрепленных столбов
и массивов на слои грунта с более высокой несущей способ-
ностью.
Область рационального применения закрепления по грунто-
вым условиям определяется степенью влажности грунтов не бо-
лее 0,5—0,7, коэффициентом фильтрации для силикатизации не
менее 0,1—0,2 м/сутки, наличием подстилающего слоя достаточ-
ной несущей способности. С учетом конструктивных особеннос-
тей зданий и сооружений закрепление целесообразно применять
при больших нагрузках на фундаменты, частом их расположе-
нии, т. е. для жилых и общественных зданий повышенной этаж-
ности, многоэтажных промышленных зданий и т. п.
СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ В ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ
Особенности применения свайных фундаментов в просадоч-
ных грунтах связаны с учетом механизма деформирования, за-
кономерностей развития просадочных деформаций, взаимодейст-
вия свай с окружающим просадочным грунтом при просадке его
от собственного веса.
Свайные фундаменты в просадочных грунтах применяются,,
как правило, при возможном их замачивании и, следовательно,
расчетным состоянием оснований по влажности при проектиро-
вании свайных фундаментов является полное водонасыщение
грунта. Вследствие снижения прочностных характеристик и по-
вышения сжимаемости просадочных грунтов при их замачивании
несущая способность свай в значительной мере зависит от влаж-
ности грунтов и при повышении ее существенно снижается, что
должно учитываться при определении несущей способности свай.
Несущую способность свай в просадочных грунтах определя-
ют, как правило, путем статических испытаний их вертикальной
вдавливающей и, при необходимости, горизонтальной нагрузкой
в условиях полного водонасыщения грунтов. Возможно также
определение несущей способности свай по результатам статиче-
ского зондирования с определением сопротивления грунтов ко-
нусу зонда и по боковой поверхности при полном их водонасыг
щении.
Следует отметить, что часто применяемые в обычных грунто-
вых условиях динамические испытания свай могут быть исполь-
115
зованы для определения их несущей способности в просадочных
грунтах только после полного их водонасыщения.
При определении несущей способности свай расчетным путем,
как отмечалось ранее, в просадочных грунтах I типа учитывает-"
ся расчетное сопротивление по боковой поверхности свай, а в
грунтах II типа оно в виде сил нагружающего трения входит в
дополнительную нагрузку на сваю. Кроме этого, на просадочных
грунтах со II типом грунтовых условий в качестве дополнитель-
ных воздействий на сваи должны учитываться горизонтальные
давления, возникающие при горизонтальных перемещениях грун-
тов при просадке их от собственного веса.
В просадочных грунтах наиболее целесообразно применять
забивные и особенно конические и пирамидальные сваи, а также
набивные сваи в пробитых скважинах или полученных путем уп-
лотнения грунта взрывами удлиненных зарядов, набивные и др.
сваи с уширениями, создаваемыми путем втрамбовывания в
дно скважины жесткого бетона. При устройстве или погруже-
нии этих видов свай вокруг них и в основании образуется уплот-
ненный слой непросадочного грунта, в результате чего повыша-
ется несущая способность свай. В просадочных грунтах II типа
наличие уплотненного слоя способствует снижению сил нагру-
жающего трения на сваи.
Для обеспечения необходимой и достаточно высокой несущей
способности сваи должны полностью прорезать просадочные
грунты и опираться в подстилающие слои повышенной плотнос-
ти и несущей способности. С этой целью в просадочных грунтах
со II типом грунтовых условий при отсутствии близко располо-
женных подстилающих грунтов повышенной несущей способнос-
ти нижние концы свай, особенно буронабивных, необходимо опи-
рать на глинистые грунты с объемной массой скелета не менее
1,62—1,65 т/м3.
Неполная прорезка просадочных грунтов сваями, как отме-
чалось ранее, допускается лишь на площадках с I типом грунто-
вых условий по просадочности в случаях, если суммарные вели-
чины осадок и просадок фундаментов как по абсолютной величи-
не, так и по степени их неравномерности не превышают предель-
но допустимых для зданий и сооружений величин. Это условие
обычно обеспечивается для сравнительно легких зданий с не-*
большими нагрузками на фундаменты и в малопросадочных
грунтах с величиной начального просадочного давления более
0,15—0,2 МПа.
В связи с тем что просадочные грунты обычно имеют низкую
влажность и высокую прочность, погружение забивных свай в
них сопряжено со значительными трудностями и должно выпол-
няться через лидерные скважины. В то же время высокая проч-
ность и связность просадочного грунта создают благоприятные
условия для устройства буронабивных свай, так как проходка
скважин и бетонирование свай могут выполняться «насухо» и
116
без обсадных труб, т. е. по наиболее простой технологии произ-
водства работ.
Свайные фундаменты в просадочных грунтах наиболее целе-
сообразно применять для тяжелых зданий и сооружений с боль-
шими нагрузками на фундаменты, а также для сравнительно
легких каркасных зданий, когда представляется возможность
выполнить под колонну одну сваю. В последнем случае весьма
эффективно устройство ростверков в вытрамбованных котлова-
нах, что одновременно приводит к значительному повышению
несущей способности сваи на горизонтальные и вертикальные
нагрузки. По грунтовым условиям свайные фундаменты оказы-
ваются наиболее целесообразными при залегании ниже проса-
дочных грунтов подстилающих слоев с высокой несущей способ-
ностью (гравия, плотного крупного среднего песка, плотного
сцементированного глинистого грунта и т. п.).
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИИ И ФУНДАМЕНТОВ
в сейсмических районах
При проектировании на просадочных грунтах в сейсмических
районах на конструкции зданий и сооружений, в том числе на
основания и фундаменты, наряду с постоянными, длительными
и кратковременными нагрузками передаются особые нагрузки,
вызванные неравномерными деформациями оснований вследст-
вие просадок грунтов при их замачивании и сейсмическими воз-
действиями, т. е. по сути дела имеет место особое сочетание на-
грузок, состоящее из постоянных, длительных и кратковремен-
ных нагрузок и двух особых нагрузок.
В СНиП 11-6-74 «Нормы проектирования. Нагрузки и воздей-
ствия» содержится требование о том, что в особое сочетание на-
грузок может включаться только одна из особых нагрузок. Но
так как в данном случае ни одно из возможных особых воздей-
ствий, а именно, просадка грунтов в основании и сейсмика не
может быть исключено из рассмотрения, в особое сочетание при-
ходится одновременно включать особые нагрузки от сейсмиче-
ских воздействий и просадок грунтов в основании. Подобный
подход принят в СНиП П-А. 12-69 «Нормы проектирования.
Строительство в сейсмических районах» применительно к строи-
тельству в сейсмических районах на вечномерзлых грунтах с
возможностью их оттаивания в процессе эксплуатации зданий,
и сооружений.
Одновременный учет двух особых воздействий приводит
к весьма существенному повышению нагрузок на здания и соору-
жения, к чрезмерному усложнению их конструкций, снижению
возможностей архитектурно-планировочных решений. Поэтому
при одновременном учете просадки грунтов в основаниях и сей-
смических воздействий необходимо стремиться к тому, чтобы
снизить влияние на конструкции зданий и сооружений каждого
117
или одного из этих особых воздействий. Набор средств по учету
сейсмических воздействий весьма ограничен и сводится, в основ-
ном, к применению различных конструктивных мероприятий.
Поэтому при проектировании на просадочных грунтах в сейсми-
ческих условиях необходимо прежде всего рассматривать при-
менение принципов обеспечения прочности и нормальной эксплу-
атации зданий и сооружений путем устранения просадочных
свойств грунтов и прорезки их глубокими фундаментами. При
применении этих принципов особые нагрузки от просадок грун-
тов в основании практически отсутствуют и учитывается лишь
снижение модулей деформации уплотненных, закрепленных
грунтов при их возможном замачивании, а на площадках со II
типом грунтовых условий дополнительные нагрузки на уплот-
ненные, закрепленные массивы и сваи от сил нагружающего тре-
ния. В этом случае в особое сочетание нагрузок для конструкций
зданий и сооружений будет входить по существу одна особая
нагрузка от сейсмических воздействий.
При применении для обеспечения прочности и эксплуатаци-
онной пригодности комплекса мероприятий конструкции зданий
и сооружений должны рассчитываться на нагрузки от возмож-
ных просадок грунтов в основании и сейсмических воздействий.
Учитывая независимость возникновения этих воздействий, рас-
четы выполняют раздельно с определением максимальных
значений в отдельных элементах конструкций изгибающих мо-
ментов, перерезывающих сил, растягивающих и сжимающих уси-
лий. Так как вероятность одновременного возникновения наибо-
лее неблагоприятных условий по просадке грунтов в основании и
сейсмике ничтожно мала, то вполне возможно рассматриваемые
особые воздействия в данном случае учитывать раздельно. Это оз-
начает, что полученные расчетом дополнительные усилия от
просадки грунтов и сейсмики не складываются, а принимаются
максимальными по каждому из этих воздействий и с учетом воз-
можных максимальных значений изгибающих моментов перере-
зывающих сил, сжимающих и растягивающих нагрузок проекти-
руются соответствующие элементы конструкций зданий и соору-
жений. Аналогичным образом необходимые конструктивные
мероприятия на просадку грунтов в основании и сейсмические
воздействия не суммируются, а дополняются по соответствующим
требованиям на каждое из этих воздействий.
Опыт проектирования и строительства жилых крупнопанель-
ных зданий высотой 4—9 этажей с применением комплекса меро-
приятий в районах с 8—9-балльной сейсмичностью показывает,
что использование этого принципа при возможных просадках
грунтов от собственного веса до 20—40 см практически не при-
водит к усложнению конструкций зданий и повышению расхода
металла, так как в основном на просадку грунтов используют
имеющиеся запасы прочности отдельных элементов сейсмических
зданий. При просадках грунтов от собственного веса более 20—
118
40 см максимальные дополнительные усилия наблюдаются
вследствие просадок грунтов, что приводит к дополнительному
армированию конструкций и повышенному расходу металла. По-
этому область рационального применения комплекса мероприя-
тий в сейсмических районах ограничивается возможными просад-
ками грунтов от собственного веса до 20—40 см и достаточно
прочными и жесткими конструкциями зданий.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
Подавляющее большинство производственных сельскохозяй-
ственных зданий относятся к III и IV классам по капитальности,
являются сравнительно легкими с нагрузками на фундаменты от
колонн до 200—400 кН и от стен до 50—80 кН/м, не имеют мок-
рого технологического процесса. Высота их обычно в 2—4 раза,
а иногда и в 6—8 раз меньше величины просадочной толщи. По-
этому изложенные выше принципы обеспечения прочности и нор-
мальной эксплуатации применительно к жилым, гражданским,
промышленным зданиям и сооружениям не могут быть механи-
чески перенесены на производственные сельскохозяйственные
здания, особенно при строительстве их на просадочных грунтах
со II типом грунтовых условий по просадочности.
Учитывая особенности производственных сельскохозяйствен-
ных зданий, при проектировании и строительстве их на просадоч-
ных грунтах с I типом грунтовых условий обычно имеется воз-
можность без существенного повышения стоимости, трудоемкос-
ти, расхода материалов полностью обеспечить прочность
и нормальную эксплуатацию даже в случаях полного водонасы-
щения просадочных грунтов в основаниях. Это достигается за
счет применения принципов частичного устранения просадочных
свойств грунтов и частичной их прорезки свайными фундамен-
тами.
Наиболее рациональные виды оснований и конструкций фун-
даментов производственных сельскохозяйственных зданий на
просадочных грунтах с I типом грунтовых условий по просадоч-
ности следующие: снижение давления на грунт до величины
начального просадочного давления; поверхностное уплотнение
грунтов тяжелыми трамбовками; трамбующими машинами типа
Д-471; фундаменты в вытрамбованных котлованах; забивные и
особенно пирамидальные сваи; забивные блоки; сваи-колонны.
Снижение давления на грунт по подошве обычных столбча-
тых и ленточных фундаментов до величины начального проса-
дочного давления целесообразно применять при значении его
более 0,08—0,1 МПа, а также при глубине промерзания грунтов
меньшей или близкой к конструктивной глубине заложения фун-
даментов.
119
Уплотнение просадочных грунтов трамбующими машинами
типа Д-471 обеспечивает ликвидацию просадочных свойств
грунтов на глубину 0,6—1,2 м, повышение расчетных давлении
на грунт в 1,5—2 раза, снижение пучинистости грунта и превра-
щение его, как правило, в непучинистый. Его рекомендуется при-
менять при наличии соответствующего грунтоуплотняющего обо-
рудования и низкой величине начального просадочного давления.
Фундаменты в вытрамбованных котлованах и с уширенным
основанием обычно наиболее экономичны по всем показателям
и обеспечивают возможность возведения всех видов производст-
венных сельскохозяйственных зданий в любых грунтовых усло-
виях с I типом по просадочности.
Из свайных фундаментов наиболее целесообразны, так же
как и в обычных грунтовых условиях, сваи-колонны. Однако об-
ласть их применения ограничивается каркасными зданиями с на-
грузками на фундаменты до 150—250 кН.
Забивные призматические и пирамидальные сваи наиболее
рационально применять длиной 4—6 м при достаточной их несу-
щей способности в случаях устройства одной сваи под колонну,
однорядном расположении свай под несущие стены, большей глу-
бине промерзания грунтов и т. п.
Забивные блоки имеют достаточно большую площадь по тор-
цу и поэтому их следует применять в просадочных грунтах с низ-
ким значением начального просадочного давления, высокой сжи-
маемостью, повышенной влажностью, при которой обеспечивает-
ся их погружение на заданную глубину без разрушения блоков.
Короткие буронабивные сваи-фундаменты выполняются на
глубину до 2—4 м при величине начального просадочного давле-
ния более 0,1—0,15 МПа.
На просадочных грунтах со II типом грунтовых условий уст-
ранение просадочных свойств грунтов, прорезка их на всю глу-
бину, а также полный комплекс мероприятий для производствен-
ных сельскохозяйственных зданий, как правило, не могут быть
осуществлены из-за отсутствия технической, производственной
возможности и по технико-экономическим показателям. Стои-
мость и трудоемкость устройства оснований и фундаментов
с применением первых двух принципов часто оказываются боль-
ше соответствующих затрат на строительство самих зданий. Ис-
ключение составляют лишь возможные иногда случаи примене-
ния метода уплотнения просадочных грунтов предварительным
замачиванием. Трудности с применением полного комплекса ме-
роприятий вызываются низкой пространственной прочностью и
жесткостью конструкций зданий и неспособностью восприятия
ими расчетных усилий, возникающих при просадках грунтов в
основаниях. Поэтому проектирование и строительство производ-
ственных сельскохозяйственных зданий на просадочных грунтах
со II типом грунтовых условий допускается осуществлять на ос-
нове возможности допущения деформаций зданий при просадках
120
грунтов от собственного веса, но с обеспечением устойчивости
конструкций от обрушения и эксплуатационной пригодности зда-
ний после проведения соответствующего ремонта. С учетом этого
устойчивость и эксплуатационная пригодность зданий на проса-
дочных грунтах со II типом достигаются применением методов
устранения просадок грунтов от нагрузки фундаментов в преде-
лах деформируемой зоны, водозащитных и частично конструк-
тивных мероприятий, назначаемых без расчета их на прочность.
Устранение просадок грунтов от нагрузки фундаментов так-
же, как и при I типе грунтовых условий обеспечивается: сниже-
нием давления на грунт до величины начального просадочного
давления; поверхностным уплотнением грунтов; устройством
фундаментов в вытрамбованных котлованах; применением за-
бивных свай и блоков.
Водозащитные мероприятия, как правило, должны приме-
няться в полном комплексе, необходимом для II типа грунтовых
условий. Одним из основных водозащитных мероприятий являет-
ся устройство сплошного маловодопроницаемого экрана под
всем зданием. При возможных просадках грунтов от собственно-
го веса от 10—15 до 40 см толщина экрана должна быть не ме-
нее 0,4—0,6 м, а при большей величине просадки не менее 1,2—
1,5 м. Уплотнение просадочных грунтов на глубину 0,4—0,6 м с
целью создания сплошного маловодопроницаемого экрана вы-
полняется одно- или двухслойной укаткой катками на пневмоко-
лесном ходу, груженым автотранспортом. Для уплотнения на
глубину не менее 1,2—1,5 м необходимы трамбующие машины
и тяжелые трамбовки.
Глава VIII. РАСЧЕТ ЗДАНИЙ НА ПРОСАДКИ ГРУНТОВ
ИСПЫТАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПЯТИ- И ДЕВЯТИЭТАЖНЫХ
КРУПНОПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ
Неравномерные просадки грунтов приводят к взаимодейст-
вию и совместной работе грунтов основания с фундаментами и в
целом со зданием. В связи со сложностью этого взаимодействия
работа конструкций зданий при неравномерных деформациях,
а также достоверность применяемых методов расчета зданий на
просадки грунтов могут быть изучены только путем испытаний
конструкций зданий на неравномерные просадки при местном
замачивании грунтов.
В 1961—1963 гг. в Запорожье, Днепропетровске, Кемерово
и других городах были построены первые экспериментальные до-
ма с замачиванием грунтов в основании [3, 18, 72].
Участок строительства экспериментальных домов в Запо-
рожье сложен слоистой толщей лессовидных суглинков и лессов,
которые на глубину 20—22 м обладают просадочными свойства-
121
ми и относятся к II типу по просадочности с расчетной просад-
кой от собственного веса около 100 см. Грунтовые воды залега-
ли на глубине более 30 м.
Основной целью испытаний крупнопанельных пятиэтажных
домов в Запорожье являлись проверка надежности разработан-*
ного комплекса мероприятий и изучение работы конструкций
при неравномерных просадках лессовых грунтов в основании
Рис. 45. Эпюры просадок фундаментов
экспериментального дома № 33 в Запо-
рожье после испытаний (/) и выправ-
ления дома (2):
I—Ш — секции.
Рис. 46. Эпюра просадок фун-
даментов экспериментального
девятиэтажного дома в Запо-
рожье:
1—3 — траншеи с дренажными сква-
жинами для замачивания грунтов;
I—IV — секции.
(замер осадок и просадок фундаментов, возможных перемеще-
ний отдельных панелей в пространстве, а также их перекоса, рас-
крытия швов, напряженного состояния в конструкциях с по-
мощью датчиков сопротивления).
Для получения максимальных усилий в конструкциях зданий
лессовые грунты замачивали с торцов секций I и III (рис. 45).
Для ускорения развития просадок и достижения максимальной
их неравномерности замачивание выполнялось через дренирую-
щие скважины диаметром 40 см, пробуренные на глубину 6,5—
8,5 м и засыпанные шлаком. Результаты испытаний пятиэтажно-
го крупнопанельного дома серии 1-480П подтвердили полную
надежность принятого комплекса мероприятий для обеспечения
его прочности и устойчивости.’При просадках грунта, достигав-
ших 1121 мм, в конструкциях домов не обнаружено недопустимых
деформаций. Посекционная разрезка здания на отдельные блоки
с увеличением их прочности привела к тому, что отдельные сек-
ции работали как единое целое без изгиба и неравномерные про-
садки грунта в основании вызывали только крен в их сторону ис-
точника замачивания.
Наблюдения за просадкой глубинных марок показали, что уп-
лотнение грунтов в основании фундаментов тяжелыми трамбов*
ками на глубину 2 м полностью исключает просадку грунта ot
нагрузки фундаментов в пределах деформируемой зоны, про-
122
садка в данных условиях происходит только в нижних слоях
грунта от его собственного веса, начиная с глубины 5,2 м.
Одновременно с этим испытания выявили значительные запа-
сы прочности дома при работе его на изгиб и кручение (макси-
мальные напряжения в арматуре поясов панелей не превышали
75,6 МПа)'и необходимость дальнейшего совершенствования
методики расчета зданий на прочность.
Так как на расстояниях 15—30 мот дома № 33 располагались
жилые здания, находящиеся в эксплуатации, выправление дома
после испытаний могло осуществляться только организованным
замачиванием, исключающим просадки грунтов под окружающи-
ми зданиями. Секции выправлялись не под одну отметку, а с од-
ним общим креном, допустимым для нормальной эксплуатации
и равным не более 0,012 (см. рис. 45). При этом просадки от-
дельных фундаментов регулировали только дозированным зама-
чиванием соответствующих массивов грунта.
Положительные результаты испытаний позволили массово
применять разработанный комплекс мероприятий при строитель-
стве пятиэтажных крупнопанельных, а позднее крупноблочных
и кирпичных жилых домов на площадках со II типом грунтовых
условий.
В начале 70-х годов с применением комплекса мероприятий
были разработаны типовые проекты серии 1-48ОП девятиэтаж-
ных крупнопанельных зданий для строительства на площадках
со II типом грунтовых условий. Испытание такого дома путем
искусственного замачивания основания выполнялось в Запо-
рожье. Участок сложен просадочными лессовидными суглинками
и лессами на глубину до 20 м с расчетной просадкой грунтов от
собственного веса около 70 см.
Дом запроектирован по жесткой конструктивной схеме и сос-
тоит из четырех секций (отсеков). Первые две секции (рис. 46)
возведены на уплотненных грунтах на глубину до 20 м грунто-
выми сваями без учета сил нагружающего трения на уплотнен-
ный массив. Причем под секцией II уплотнение выполнялось по
разряженной сетке с расположением скважин глубиной 20 и 9 м
через одну.
Замачивали грунт в основании дома в такой последователь-
ности: у осадочного шва между секциями I и II; с торца секции
I; с торца секции IV. В результате замачивания грунтов просад-
ка фундаментов секций I и II достигла 259—278 мм, секции IV—
597. При этом деформации в виде трещин наблюдались только
в торцевых поперечных стенах отсеков I и II. Как и при испыта-
нии пятиэтажных крупнопанельных домов, вследствие наличия
уплотненного слоя толщиной 2 м просадки грунтов в предела^
деформируемой зоны от нагрузки фундаментов отсутствовали и
проявлялись только в нижних слоях от собственного веса грунта.
Если просадки грунтов от собственного веса под секцией IV и за
пределами дома проходили начиная с глубины 4,5—6 м, то под
123
секцией I на уплотненном грунте по обычной сетке — с глубины
16 м, под секцией II вследствие уплотнения по разряженной сет-
ке — с глубины 12 м. Просадки нижней части уплотненных мас-
сивов вызваны дополнительной нагрузкой от нависшего окружа-
ющего грунта при просадке его от собственного веса. Вследствие
этого происходило дополнительное сжатие подстилающих уплот-
ненные массивы непросадочных грунтов, равное под секцией 1 —
91, секцией II — 45 мм, под секцией IV — нулю.
В процессе испытания дома просадки отдельных секций про-
ходили как жестких элементов, без изгиба, с креном в сторону
источника замачивания. При неравномерной просадке торца
секции IV максимальные напряжения в арматуре панелей не
превышали 30 МПа, в связях узлов — 50 МПа и только после со-
единения секций IV и III жесткими связями увеличились до
80 МПа.
После испытаний дом был выправлен организованным зама-
чиванием грунтов через скважины. Секции I и II были практиче-
ски в горизонтальном положении, а III и IV с одним общим укло-
ном 0,008. Выправление дома обеспечило его нормальную экс-
плуатацию, в том числе лифтов, смонтированных в жестких шах-
тах.
Результаты проведенных испытаний девятиэтажного крупно-
панельного дома замачиванием просадочных грунтов показали
высокую прочность и надежность дома при работе на изгиб и
подтвердили возможность перехода с односекционной разрезки
осадочными швами на двухсекционную. Была изучена работа
конструкций девятиэтажных крупнопанельных домов при нерав-
номерных просадках грунтов в основаниях, получены исходные
данные по дальнейшему совершенствованию конструктивных
решений и методов расчета, что обеспечило массовое строитель-
ство девятиэтажных крупнопанельных домов на просадочных
грунтах со II типом грунтовых условий по просадочности на ос-
нове применения комплекса мероприятий.
ПРОСАДОЧНЫЕ ГРУНТЫ С I ТИПОМ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ
Принимается, что неравномерные деформации грунтов в ос-
новании происходят только при местном их замачивании вслед-
ствие просадки в пределах деформируемой зоны от нагрузки
фундаментов и частично собственного веса грунта [34]. Возмож-
ные в этих условиях просадки грунтов от собственного веса ниже
деформируемой зоны величиной до 5 см не учитываются, так
как степень неравномерности их оказывается весьма незначи-
тельной по сравнению с просадкой от нагрузки фундаментов.
Степень изменчивости сжимаемости оснований на просадоч-
ных грунтах с I типом грунтовых условий оценивается коэффи-
циентом
124
SCp 4- 5пр1
=	Q
*^ср
(89)
и средним модулем деформации основания, определяемым вд
значениям их при естественной влажности £е и в водонасыщен-
ном состоянии
Еср = 0,5 (£*е + Ев),	(90)
где Scp — средняя осадка здания на просадочном грунте природ-
ной влажности, вычисляемая по формуле [94]; Snpi — возмож-
ная величина просадки грунта в пределах деформируемой зоны
от наиболее нагруженного фундамента, определяемая по фор-
муле (28).
При расчете конструкций зданий на неравномерные просадки
грунтов и возведении фундаментов на естественном основании
просадки учитываются в пределах всей деформируемой зоны и
полном водонасыщении грунта. В случаях частичного устранения
просадочных свойств грунтов на глубину hy, а также при непол-
ной прорезке просадочных грунтов свайными фундаментами про-
садка учитывается только в пределах слоя, залегающего ниже
уплотненного, закрепленного слоя или торца сваи.
При полном устранении просадок грунтов от нагрузки фунда-
ментов характеристики изменчивости сжимаемости основания
принимаются равными: с уплотнением грунтов до уск ^>1,6 тс/м3,
ад =1,3, £со =15 МПа; с закреплением силикатизацией и обжи-
гом =1,2, Бср =20 МПа; с полной прорезкой просадочных
грунтов свайными фундаментами ад =1,2, Еср принимается для
подстилающего слоя грунта, на который опираются сваи.
В качестве расчетной модели основания на просадочных грун-
тах с I типом грунтовых условий принимается модель перемен-
ного коэффициента жесткости, механические свойства которой
характеризуются средним коэффициентом С [34, 36, 39], вычис-
ляемым по ожидаемым деформациям основания [64]:
с = -^,	(91)
•^ср
где р — средняя расчетная равномерно распределенная нагруз-
ка на основание от I м длины здания; Scp — средняя осадка
здания.
Нагрузка
Р^^Г'	<92>
где pt — расчетная нагрузка на 1 м длины подошвы I фундамен-
та на основание;
Pi^Pv — y'uhibt,	(93)
где ps — суммарная расчетная нагрузка на 1 м основания фун-
дамента; ул — средняя объемная масса грунта выше подошвы
125
фундамента; lt, bt , ht — соответственно длина, ширина и глуби-
на заложения фундамента.
Средняя осадка здания

(94)
где St —осадка i-ro фундамента; F, — площадь подошвы i-ro
фундамента.
Коэффициент жесткости основания на просадочных грунтах
с I типом грунтовых условий, в том числе при полном и частич-
ном устранении просадочных свойств или их прорезки сваями
Рис. 47. Схема изменения
коэффициента жесткости
основания по длине зда-
ния при замачивании
грунтов:
а — под серединой здания;
б — под торцом.
Сх == та С,	(95)
где тех— коэффициент снижения жест-
кости основания;
1 -J-
znCI=—-5L.	(96)
2а£1
Расчетная схема изменения коэффи-
циента жесткости основания по длине
здания задается в соответствии с рис. 47
на. участке местного замачивания проса-
дочного грунта длиной 2/1л коэффициент
жесткости основания СцХ)
1-Ьр\	ч у
a ₽i 1
где	₽ = £| ,  .	(98)
“£1 + 1
Полудлина участка местного замачивания грунта и локально-
го ослабления коэффициента жесткости основания принимается
равной
(99)
где EJ, GF — соответственно приведенные изгибная и сдвиговая
жесткости здания, приведенного к балке конечной жесткости;
/н — полудлина участка, на котором проявляется неравномерная
просадка грунта от нагрузки фундаментов, определяемая по
формуле (36).
За расчетную полудлину участка местного ослабления жест-
кости основания /р при расчете конструкций зданий на просадоч-
ных грунтах принимается:
= А при Zi <С	(100)
/р == 1ц при Zj Zjj*
126

Максимальные значения обобщенных изгибающих моментов и
поперечной силы на площадках с I типом грунтовых условий при
Л/
отношении высоты здания Нл к его длине 2/ —- <0,75;
2/
/ 1 \2
_	/ 1г
К
Zn
(101)
it
(102)
где
<7 =
~ЕЬ
4 / ₽2
(« + 2)1- —
\ *
(103)
/ к V EI .
\Zp/ 0Г ’
«1 — 1
(104)
(105)
mq — коэффициент, корректирующий расчетную схему и при-
нимаемый равным тя =0,7.
При отношении высоты здания Н„ к его длине менее ^5 >
2/
>0,75:
м
макс 1
(106)
QwaKc 1 — ±	.
(107)
В формулах (103) — (104) и (106) — (107) знак плюс соответ-
ствует выгибу здания, минус — прогибу.
ПРОСАДОЧНЫЕ ГРУНТЫ СО II ТИПОМ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ
В целях упрощения расчеты зданий на прочность на площад-
ках со II типом грунтовых условий предлагается выполнять по
принципу независимости действия сил: на просадку или осадку
от нагрузки фундаментов с учетом изложенных выше рекоменда-*’
ций и на просадку от собственного веса грунта. В дальнейшем
полученные усилия на эти два вида воздействия складываются с
соответствующими знаками и на суммарные их величины проек-
тируются конструкции зданий.
Неравномерность деформаций оснований при просадке лессо-
вых грунтов от их собственного веса возникает вследствие изгиба
поверхности грунта в пределах расположения всего здания или
его части. В соответствии с этим рассматриваются два наиболее
127
неблагоприятных варианта расположения источников замачива-
ния по отношению к зданию (рис. 48), приводящих к образова-
нию [34, 64]:
I вариант — односторонней консоли, источник замачивания
у торца здания, в результате чего одна часть его расположена
Рис. 48. Основные варианты располо-
жения зданий на кривой просадки
поверхности грунта:
1,11 — варианты расположения источников
замачивания.
на лессовом грунте естествен-
ной влажности, а другая — на
начальном участке кривой про-
садки поверхности грунта. В
этом случае здание работает
как консоль с креном в сторо-
ну источника замачивания;
II вариант — провисания,
источник замачивания в центре
здания.
В качестве расчетной схемы
деформации грунта при расче-
те зданий на просадку от соб-
ственного веса принимается
однородное винклеровское основание, искривленное по косину-
соиде с условным радиусом кривизны 7?уе , определяемым по фор-
муле (16).
#•2
= ~-------(l+wn)-	(108)
^пр.гр
Степень изменчивости сжимаемости основания на просадоч-
ных грунтах со II типом грунтовых условий при расчете зданий
на прочность оценивается коэффициентом
Iqc 4" Aip 1 . 4гр
= —-----------= 1 ~г
*ос	*ос
(109)
где /ос — средняя относительная деформация грунта от нагрузки
фундамента в пределах сжимаемой зоны;
/ос=4^;	<110)
Ла
Soc —величина осадки наиболее характерного по нагрузкам и
размерам фундамента, определяемая с учетом полно-
го или частичного устранения просадочных свойств грунтов
в пределах деформируемой «зоны; Ла —толщина сжимаемой зо-
ны основания от нагрузки фундамента; /Пр —средняя относи-
тельная деформация грунта при просадке его от собственного
веса;
(111)
”с.в
При расчете конструкций зданий на неравномерные просадки*
грунта от собственного веса коэффициент жесткости основания
128
Си в пределах расположения здания принимается переменным с
учетом изменения влажности и просадки поверхности грунта
Си — С • тС\\,	(112)
где С — средняя жесткость основания, определяемая по форму-
ле (93); тс п — коэффициент снижения жесткости основания при
замачивании, определяемый в зависимости от расчетной длины
криволинейного участка просадки грунта от собственного веса г:
/Псп - 1-----р
при г >/
тси=—;	(ИЗ)
“сп
при г<1
1- — V	(114)
“сп /
Максимальные величины обобщающих моментов и попереч-
ной силы при просадках грунтов от собственного веса под сред-
ней частью здания или отдельного отсека для случая, когда от-
ношение высоты здания к его длине Яд/2/<0,75;
Ммакс II =	;	<115)
24/?п
где
о - с"13
Умакс" ~
/_Н_
12£7 \ 30
при г<I
ф — 1;
при Г >/
(116)
(117)
(118)
(119)
t = I - Гмин > О д	(120)
Г Г мин
гкин — минимальная полудлина криволинейного участка просад-
ки грунта, соответствующая началу просадки под действием соб-
ственного веса, определяемая по формуле (38) при Н=р^ /Тер-
Для зданий с соотношением высоты к длине Н д/2/>0,75 мак-
симальные значения моментов и поперечных сил определяются
по формулам (115) — (120), в которых значение величины ев при-
нимается равным ев =0.
5 1—1633
129
УСИЛИЯ В КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ
ПРИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЯХ ГРУНТА
Горизонтальные перемещения, возникающие в основании зда-
ний и сооружений при просадке грунтов от собственного веса,
взаимодействуют со зданием й благодаря наличию сил трения
и сцепления между фундаментом и грунтом передаются на кон-
струкции. Это влечет за собой
возникновение в них дополни-
тельных растягивающих или сжи-
мающих усилий, а в некоторых
случаях и усилий изгиба с кру-
чением.
Суммарное горизонтальное
усилие Рп (рис. 49), возникаю-
щее в фундаменте вследствие
горизонтальных перемещений
грунта при просадке от собствен-
ного веса [84],
+	+ +Nr (121)
где NT —усилие, вызванное сила-
ми трения сдвигающегося грун-
та по подошве рассчитываемого
фундамента; N6 — усилие, выз-
ванное силами трения грунта по
заглубленным боковым поверх-
ностям рассчитываемого фунда-
мента; А/т.п — усилие, вызванное
силами трения грунта по подошве
фундаментов поперечных стен,
примыкающих к расчетному;
Nq — усилие, вызванное боковым
пассивным давлением сдвигающе-
гося грунта на поперечные фунда-
менты, примыкающие к расчет-
ному.
Сила трения NT между грунтом и подошвой фундамента оп-
ределяется нагрузкой на фундамент, размерами его, а также
коэффициентом трения фундамента по грунту. Кроме того, ис-
следованиями этого вопроса при горных выработках установле-
но, что сила трения и сцепления между грунтом и подошвой фун-
дамента пропорциональна относительной горизонтальной де-
формации ег до определенной ее величины, равной 8г=0,01. На
основе этого силу трения NT между грунтом и подошвой фунда-
мента рекомендуется определять из выражения
^T = erA^tg|i.,	(122)
где ег — расчетное относительное горизонтальное перемещение,
при ег ^0,01 в формулу (122) подставляется значение ег =0,01;
Рис. 49. Схемы усилий на фунда-
менты при горизонтальных пере-
мещениях грунта:
а — план фундаментов и направления
действия растягивающих сил; б — по-
перечный разрез фундамента; в — эпю-
ра растягивающих сил; Л 3 — силы
трения соответственно по подошве и по
боковой поверхности; 2 — силы боково-
го давления; 4 — силы трения по по-
дошве примыкающих стен.
130
pt — нагрузка на 1 м длины подошвы фундамента; /т —длина
участка фундамента, на которую передаются горизонтальные
перемещения, вызывающие дополнительные усилия в фундамен*
тах, определяемая по формуле (126); р— коэффициент трения
фундамента по грунту, принимаемый приближенно равным для
уплотненных суглинков- 0,4, супесей 0,45 в водонасыщенном со-
стоянии^
Аналогично может быть определено на участке /т и усилие
А^т.п, вызванное силами трения грунта по подошве фундаментов
каждой поперечной стены, примыкающей к фундаменту расчет-
ной продольной стены
М.П = SnPnAitgP-,	(123)
где рп — нагрузка на 1 м длины подошвы фундамента рассмат-
риваемой поперечной стены; /п —длина примыкающего участка
фундамента поперечной стены.
Усилие N6, вызванное силами сцепления грунта по заглуб-
ленным боковым поверхностям рассчитываемого фундамента
продольной оси на участке фундамента длиной ZT по аналогии
с описанным выше, вычисляется из выражения
N6~^cnF,	(124)
где сг — удельное сцепление грунта с заглубленной поверх-
ностью фундамента, принимаемое равным для лессовидных су-
песей 0,20 МПа, а для лессовых суглинков 0,40 МПа; F— пло-
щадь поверхности заглубленной в грунт части фундамента на
участке длиной ZT (включая и площадь подошвы фундамента).
Полная величина усилия Nq , вызванного боковым пассивным
давлением на фундаменты поперечных сил, расположенных в
пределах участка ZT ,.
=	w(45° + v)’	(125)
где у — объемная масса грунта, залегающего от пола или уров-
ня планировки до подошвы фундамента в водонасыщенном со-
стоянии, принимаемом равным 1,8—1,9 т/м3; h — глубина зало-
жения фундамента; ср — угол внутреннего трения грунта обрат-
ной засыпки.
Длина участка фундамента ZT, на которой передаются гори-
зонтальные перемещения, вызывающие дополнительные усилия
в фундаментах, определяется расположением здания или отдель-
ного отсека, отрезанного осадочным швом, на криволинейном
участке кривой просадки поверхности грунта и зависит от дли-
ны зданий 21 и длины (ширины) криволинейного участка г. Ана-
лиз разчичных схем расположения зданий на кривой просадки
грунта показывает, что максимальная длина участка ZT :
при > 2/
(126)
5*
131
Наименьшее значение ZT , полученное из выражения (126),
следует принимать в расчетах по формулам (122) — (125).
Приведенное в формуле (121) суммарное горизонтальное
усилие, возникающее в фундаменте, получено исходя из того
условия, что сдвиг происходит по подошве. фундамента. Одно-
временно с этим плоскость сдвига может располагаться ниже по-
дошвы фундамента и проходить по грунту. В этом случае сум-
марное горизонтальное усилие, передаваемое на фундамент,
Рп.с = Л, (Pep tg <р + С),
(127)
где Ей — площадь подошв продольного и примыкающих попереч-
ных фундаментов в пределах участка длиной ZT; рср —средне-
взвешенная величина нагрузки на 1 м длины подошвы фунда-
ментов; ср и с — угол внутреннего трения и сцепление грунта ос-
нования при полном его водонасыщении.
За расчетную величину суммарного горизонтального усилия,
возникающего в фундаменте, принимается минимальная величи-
на, получаемая из выражений (121) и (127). На полученную
расчетную суммарную величину горизонтального усилия должны
рассчитываться соответствующим образом ленточные фундамен-
ты зданий с несущими стенами; колонны нижних этажей каркас-
ных зданий с отдельно стоящими фундаментами, несвязанными
между собой; горизонтальные связи между отдельными столб-
чатыми фундаментами.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
И ШИРИНА ОСАДОЧНЫХ ШВОВ
Горизонтальные перемещения поверхности при просадке лес-
сового грунта от собственного веса приводит к появлению не
только дополнительных напряжений в фундаментах и в зданиях,
но и к смещению их в плане. В частности, в процессе испытаний
экспериментального дома № 33 в Запорожье наряду с просадкой
фундаментов происходили горизонтальные перемещения отдель-
ных секций (рис. 50). При замачивании грунтов у торцов секций
I и III горизонтальное смещение их в сторону источника замачи-
вания соответственно составило 60 и 160 мм, т. е. горизонталь-
ные смещения оказываются значительными и должны учиты-
ваться при компоновке зданий и сооружений, состоящих из от-
дельных блоков, при устройстве осадочных швов, прокладке под-
земных коммуникаций и т. п.
Возможные величины горизонтальных перемещений зданий
или сооружений в целом, а также отдельных их отсеков, отрезан-
132
ных осадочными швами, столбчатых фундаментов под колонны
или фундаментов под оборудование определяются в основном
расположением их на кривой просадки поверхности грунта, раз-
мерами зданий, шириной зон уплотнения или разуплотнения
грунта, расчетной величиной относительного горизонтального пе-
Рис. 50. Просадки, наклоны и гори-
зонтальные перемещения секций экс-
периментального дома № 33 в Запо-
рожье:
I—III — секции дома.
Рис. 51. Схемы для определения го-
ризонтальных перемещений:
а — зданий соответственно при 2/0; б —
то же, при 2/>г; в — отдельных фундамен-
тов; г — ширина осадочных швов.
При расположении зданий или основной его части за преде-
лами зон горизонтального уплотнения или разуплотнения грун-
тов оно не будет испытывать горизонтального перемещения.
Последнее появляется лишь в тех случаях, когда более половины
длины здания или его отсека, отрезанного осадочными швами,
располагается в пределах области развития горизонтальных пе-
ремещений.
При расчете возможных горизонтальных перемещений конст-
рукций принимается наиболее невыгодное расположение здания
на кривой просадки поверхности грунта, при котором конструк-
ции получают максимальные горизонтальные перемещения, т. е.
при расположении большей части здания в пределах криволи-
нейного участка кривой просадки грунта. При этом условии воз-
можное горизонтальное перемещение при длине его не более 2 г
(рис. 51, а, б) будет равно площади эпюры абсолютных величин
горизонтальных перемещений под зданием, отнесенной к длине
здания
i/r.3 = ^(r-Z).	(128)
Максимальное горизонтальное перемещение фундамента ко-
лонн гибких и относительно гибких зданий (рис. 56, в) по анало-
гии с выше изложенным
133
(129)
где тг — коэффициент условий работы, учитывающий жесткость
колонн, связь их с перекрытиями и стенами; для гибких зданий,
эстакад и т. д. тР =1; для многоэтажных каркасных зданий в за-
висимости от их конструкции и жесткости тг =0,2—0,8.
Относительное горизонтальное смещение между двумя сосед-
ними фундаментами
Дг.ф с — SpZ	(130)
При определении ширины осадочных швов рассматривается
наиболее неблагоприятное расположение отсеков здания на кри-
вой просадки поверхности грунта, когда нет горизонтального
участка просадки грунта и рядом расположенные отсеки сбли-
жаются (рис. 56, г).
Ширина осадочного шва по низу фундаментов ан в этом слу-
чае складывается из возможных величин горизонтальных пере-
мещений двух соседних отсеков и равняется:
при I < г ^21
<131)
при г > 2Z
ал = -^\2г1--^ .	(132)
При определении горизонтальных перемещений конструкций
и осадочных швов в верхней части наряду с горизонтальными пе-
ремещениями фундаментов следует учитывать наклоны поверх-
ности, вызванные неравномерной просадкой грунта. С учетом
этого ширина осадочного шва в верхней части
^(м.в)
ав = 2ан + 2	,	(133)
где т|а — коэффициент условий работы, учитывающий совмест-
ную работу конструкций здания с грунтом основания;
при г <2/
(\ 2
при г >21
^0 = 1-
134
Раздел III. УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИЙ
И ФУНДАМЕНТОВ
Глава IX. УПЛОТНЕНИЕ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
ТЯЖЕЛЫМИ ТРАМБОВКАМИ
ОСОБЕННОСТИ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА
Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками осуществляется
с поверхности дна котлована или грунта путем свободного сбра-
сывания на уплотняемую площадь трамбовки, имеющей в плане
форму круга или реже квадрата. При этом процесс уплотнения
грунта происходит под воздействием передающейся на него
ударной нагрузки и сопровождается перемещениями частиц
грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях.
До начала 50-х годов для поверхностного уплотнения грунтов
трамбованием применялись падающие плиты квадратной формы
площадью 0,6—1 м2 и весом 1,5—2 т. При высоте сбрасывания
2—3 м достигалась глубина уплотнения грунтов до 1—1,2 м. С
середины 50-х годов для поверхностного уплотнения по предло-
жению Ю. М. Абелева [5] начали широко применять тяжелые
трамбовки в форме усеченного конуса с диаметром основания
1,2—1,3 м и весом 2—3 т. При сбрасывании этих трамбовок с вы-
соты 4—5 м обеспечивается уплотнение просадочных лессовых
грунтов на глубину 1,5—2,0 м. В настоящее время широко при-
меняются трамбовки с диаметром основания 1,4—1,8 м и весом
4,5—6,0 т, позволяющие при высоте сбрасывания трамбовок 5 —
7 м повысить глубину уплотнения грунтов до 3—3,5 м.
Для уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками весом до
4,5—6,0 т используются в основном широко распространенные
на строительстве краны-экскаваторы 10011 и 1252, оборудован-
ные стрелой драгляйн. При этом весе трамбовок обеспечивается
нормальная работа кранов-экскаваторов в том же режиме, что
при разработке грунта. Дальнейшее повышение диаметра, веса
трамбовок и тем самым глубины уплотнения грунтов возможно
лишь при использовании для уплотнения более тяжелых грузо-
подъемных механизмов, в частности, при переходе со строитель-
ных на карьерные краны-экскаваторы. Выполнение исследования
и производственное уплотнение показали, что при применении
трамбовок с диаметром основания 2,4 м и весом 11 т на базе
карьерного крана-экскаватора грузоподъемностью 50 т глубина
уплотнения повышается до 5,5—6 м.
Дальнейшее развитие уплотнения грунтов тяжелыми трамбов-
ками получило во Франции. В конце 60-х годов фирма «Луи Ме-
нард» начала применять трамбовки весом 10—20 т. При сбра-
сывании трамбовок с высоты 25 м достигалось уплотнение пес-
чаных грунтов на глубину 8—11 м. В последующем для уплот-
135
нения грунтов трамбованием была изготовлена специальная
тренога с трамбовкой весом 50 т при высоте ее сбрасывания
40 м, а в последнее время — специальный стреловой кран на
пневмоколесном ходу, обеспечивающий сбрасывание трамбовки
весом 200 т с высоты 24 м. На строительстве аэропорта во Фран-
ции применение сверхтяжелых трамбовок весом 200 т по данным
фирмы «Луи Менард» позволило уплотнить насыпные и водона-
сыщенные заиленные песчаные грунты на глубину до 40 м. Кро-
ме этого, в литературе имеются сведения о применении с высокой
эффективностью сверхтяжелых трамбовок весом 50 т в Англии,
Швеции, 150 т в Японии.
Поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками применя-
ется с целью:
устранения просадочных свойств грунтов в пределах всей или
части деформируемой зоны от нагрузки фундаментов;
создания в основании зданий или сооружений сплошного ма-
ловодопроницаемого экрана, препятствующего интенсивному
замачиванию нижележащих просадочных грунтов;
повышения плотности, прочностных характеристик и сниже-
ния сжимаемости грунтов при последующем их водонасыщении.
На площадках с I типом грунтовых условий по просадочности
для сравнительно небольших по ширине фундаментов (до 1,5—
2,0 м) поверхностное уплотнение обычно оказывается вполне до-
статочным до полной ликвидации просадочных свойств грунтов
в пределах всей деформируемой зоны от нагрузки фундаментов.
На площадках со II типом грунтовых условий поверхностное
уплотнение полностью или частично устраняет просадку грунта
только от нагрузки фундаментов и применяется в комплексе с
водозащитными и конструктивными мероприятиями. В этом слу-
чае уплотненный тяжелыми трамбовками слой одновременно яв-
ляется маловодопроницаемым экраном, препятствующим полно-
му промачиванию сверху всей просадочной толщи грунта.
Для полного устранения просадочных свойств грунтов на всю
их толщу поверхностное уплотнение на площадках со II типом
грунтовых условий по просадочности применяется в сочетании
с предварительным замачиванием, уплотнением грунтовыми
сваями для доуплотнения верхнего, так называемого буферного
слоя грунта.
УПЛОТНЯЕМОСТЬ
И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УПЛОТНЕННЫХ ГРУНТОВ
Уплотняемость грунтов определяется по методике стандарт-
ного уплотнения на метод лабораторного определения макси-
мальной плотности [26]. Уплотнение грунта по данному методу
производится трамбованием при различной его влажности в при-
боре с объемом кольца около 1000 см3. Грунт уплотняют в три
слоя с обеспечением 40 ударов груза массой 2,5 кг, сбрасывае-
мого с высоты 30 см.
136
По результатам стандартного уплотнения строится график за-
висимости объемной массы скелета уплотненного грунта от
влажности (рис. 52). С увеличением влажности объемная мас-
са скелета грунта возрастает, при достижении некоторого макси-
мального значения снижается.
Уплотняемость грунтов характеризуется максимальной плот-
ностью уплотненного грунта и оптимальной влажностью. Макси-
Рис. 52. График зависимости объем-
ной массы скелета грунта от влаж-
ности:
1 — кривая стандартного уплотнения; 2 —
оптимальная влажность, wo=O,18; 3 — мак-
симальная плотность, YfK =1,74 т/м3 при
и ш=шо=О,18; 4 — fey=0,98 при Тск—
= 1,7 т/м3 и №=0,169—0,195; 5 —	=0,95
при уск =1,65 т/м3 и №=0,153—0,202; 6 —
£у=0,92 при уск =1,6 т/м3 и №=0,145—0,208.
мальная плотность уплотненного грунта представляет собой наи-
большее значение объемной массы скелета грунта, достигаемое
при принятых режимах, методах и энергии уплотнения.
Оптимальной влажностью называют влажность, при которой
достигается максимальная плотность уплотненного грунта и тре-
буется наименьшая затрата работы для достижения максималь-
ной плотности грунта при заданном режиме уплотнения.
Оптимальную влажность глинистых грунтов при отсутствии
данных непосредственного ее определения рекомендуется прини-
мать равной 1^0=^—(0,01—0,03), (1ГР — влажность на грани-
це раскатывания).
Уплотнение грунтов производится до опеределенной степени
плотности выражаемой через коэффициент уплотнения Куп,
представляющий собой отношение заданного или фактически
полученного значения объемной массы скелета уплотненного
грунта тск к его максимальному значению по стандартному уп-
лотнению Тск.макс, т. е. Куп=Тск/Т ск.макс*
Каждому значению коэффициента уплотнения соответствует
определенный диапазон допускаемого изменения влажности уп-
лотняемого грунта, за который принимаются крайние значения
влажности по кривой стандартного уплотнения (см. рис. 52).
При поверхностном уплотнении грунтов трамбованием мак-
симальные напряжения от уплотняющего воздействия возника-
ют на поверхности, а с глубиной уменьшаются. В соответствии
с этим степень уплотнения и объемная масса скелета грунта по
глубине уменьшается (рис. 53), и целесообразно выделять зону
распространения и уплотненную зону грунта.
Зона распространения уплотнения представляет собой толщу
грунта йуп , в пределах которой происходит повышение объемной
137
массы его скелета; распространяется от уплотненной поверхнос-
ти до глубины, на которой объемная масса скелета грунта повы-
шается не менее чем на 0,02 т/м3.
За уплотненную зону йуп принимают толщу грунта, в пре-
делах которой объемная масса скелета не ниже заданного или
допустимого ее минимального значения.
ПоряШый номер удара
Порядковый номер удара
О 2 4	6 8 W п
Рис. 54. Графики пониже-
ния трамбуемой поверх-
ности в зависимости:
Рис. 53. График изменения
объемной массы скелета
грунта по глубине:
1 — до уплотнения; 2—4— после
уплотнения соответственно 8, 12
и 20 ударами трамбовки.
а — от числа ударов; б — от
каждых двух ударов.
Уплотнение грунтов, как отмечалось выше, сопровождается
повышением его степени плотности и соответствующим пониже-
нием уплотненной поверхности. Понижение уплотненной поверх-
ности Uh представляет собой разность отметок ее до и после уп-
лотнения и определяется по результатам опытных работ или вы-
числяется по формуле
ДЛ = (1 - -Ь-) туп,	(134)
\ 1ск.уп /
где уск — среднее значение объемной массы скелета грунта до
уплотнения; уСк.Уп — среднее значение объемной массы скелета
грунта в пределах зоны распространения уплотнения h'yn ;
туп — коэффициент, учитывающий боковое расширение грунта
в стороны, и выпор его, принимаемый равным при уплотнении:
в 1 след туп = 1,2; в 2 следа /пуп = 1,1, в 3 и более следов И1уп ®1.
Уплотнение грунтов происходит за счет накопления остаточ-
ных деформаций при циклических нагрузках и продолжается до
определенного предела после передачи на грунт определенной
138
работы. Дальнейшее увеличение работы без изменения режима
уплотнения сопровождается в основном обратимыми деформация-
ми, продавливанием уплотненной зоны без существенного повы-
шения степени плотности грунта. Такое состояние грунта, при ко-
тором в процессе уплотнения практически не происходит повы-
шение его степени плотности, называется уплотнением до отказа,
а величина повышения объемной массы скелета грунта при
единичном приложении нагрузки, выражаемая часто понижением
уплотняемой поверхности от одного удара или прохода, называ-
ется отказом (рис. 54).
Исследования показывают, что уплотняемость грунтов зави-
сит в основном от энергии уплотнения, вида уплотняющего воз-
действия, физико-механических характеристик грунтов и других
факторов. С увеличением удельной энергии уплотнения макси-
мальная объемная масса скелета уплотненного грунта уСк.макс
возрастает. Наибольшая уплотняемость грунтов достигается при
ударной нагрузке. По эффективности воздействия на грунт и
достижения заданного значения объемного веса скелета грунта
ударная нагрузка по принятому методу стандартного уплотнения
соответствует статической нагрузке 0,85—1,0 МПа.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ
Экспериментальные исследования в полевых условиях пока-
зывают, что эффективность уплотнения просадочных грунтов тя-
желыми трамбовками зависит от многих факторов и в основном
определяется: количеством ударов, весом, диаметром трамбовки,
шириной уплотняемой площади, физико-механическими характе-
ристиками уплотняемых грунтов [81].
Накопление остаточных деформаций сжатия уплотненного
грунта при трамбовании происходит по мере увеличения коли-
чества ударов трамбовки. При этом наряду с увеличением об-
щего понижения уплотняемой поверхности происходит повыше-
ние степени плотности и глубины уплотнения грунта. Результа-
ты уплотнения лессовых просадочных суглинков трамбовкой ве-
сом 4,5 тс диаметром основания 1,4 м показывают (см. рис. 53),
что глубина уплотнения при минимальном значении объемной
массы скелета грунта 1,6 т/м3 после 8 ударов трамбовки состав-
ляет 1,7 м, а при 12 и 20 ударах сответственно 2 и 2,5 м. При этом
по мере увеличения количества ударов свыше необходимого для
уплотнения до отказа (в данном случае 12 ударов) объемная
масса скелета грунта при его пониженной влажности в верхней
части уплотненной зоны может несколько снижаться за счет ди-
намических разгружающих напряжений, возникающих при
ударах.
С увеличением веса трамбовки и, главным образом, удельного
статического давления на грунт, представляющего собой отно-
шение массы к площади трамбовки, быстрее происходит форми-
рование уплотненной зоны и повышается эффективность уплбт-
139
нения грунта. Наибольшее влияние на степень плотности грунтов
оказывают вес и удельное статическое давление при уплотнении
грунтов с пониженной влажностью.
Увеличение диаметра трамбовки в 2 раза ( с 1,2 — до 2,4 м)
приводит к повышению глубины уплотнения в 2,75 раза, т. е.
до 5,5 м (рис. 55). Выполненные исследования показали, что
с увеличением ширины уплотняемой площади увеличивается глу-
бина уплотнения и понижение трамбуемой поверхности, которая
при площади 3X3 следа достигает максимальных значений.
(2 7,4 7,5 1,8 2 2,2 с/,м
2
4
6
Рис. 55. График зависимости глубины уплотнения от
диаметра трамбовки.
На эффективность уплотнения грунтов тяжелыми трамбовка-
ми весьма существенно влияют физико-механические характе-
ристики и структура грунтов. Многочисленные эксперименталь-
ные исследования и опыт строительства показывают, что наи-
большая эффективность уплотнения грунтов достигается при их
оптимальной влажности. При снижении влажности ниже опти-
мальной требуется большая энергия на разрушение существую-
щей и формирование новой структуры, в связи с этим при неко-
тором повышении степени уплотнения происходит снижение глу-
бины уплотнения. Снижение влажности ниже оптимальной на
0,04—0,05 в лессовых грунтах приводит к уменьшению глубины
уплотнения на 20—25%.
Повышенная степень плотности уплотняемого грунта за счет
необходимой затраты большей энергии на разрушение существу-
ющей структуры приводит к уменьшению глубины уплотнения.
Особенно это сказывается при уплотнении грунтов с естественной
природной структурой. В насыпных глинистых грунтах глубина
уплотнения тежелыми трамбовками на 20—40% выше, чем
в глинистых грунтах природного сложения.
При уплотнении грунтов трамбовками лишь часть энергий
ударов их о грунт расходуется на остаточные деформации, т. е.
уплотнение грунта. Остальная часть энергии переходит в упру*
гие колебания грунта, интенсивность которых зависит от энергии
удара, т. е. веса высоты сбрасывания трамбовки, ее площади.
Исследования колебаний при уплотнении трамбовкой весом 3,5—
5,5 т, диаметром 1,3—1,4 м сбрасываемых с высоты 5—7 м лес-
совидных суглинков с влажностью 0,15—0,2 м и объемной массой
скелета 1,5—1,7 т/м3 позволили установить, что амплитуда ко-
лебаний грунта по мере удаления от места удара трамбовки
уменьшается и распространяется на 15—30 м. Для приближен’
ной оценки можно принять, что при энергии удара 30—40 т/м
сейсмичность в баллах распространяется на расстояния: 8 бал-
лов — 3,5—4 м; 7 баллов — 5—7 м и 6 баллов — 9—10 м.
140
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ
Поверхностное уплотнение грунта в основании зданий и со-
оружений осуществляется по специально разработанному проек-
ту, в котором должны быть указаны размеры уплотненной пло-
щади в плане; необходимая глубина уплотнения; величина
недобора грунта до проектной отметки; диаметр и вес трамбов-
ки; требуемая объемная масса скелета грунта на нижней грани-
це уплотненной зоны; оптимальная влажность уплотняемого
грунта и при необходимости требуемое количество воды для до-
увлажнения грунта; расчетное давление на уплотненный грунт.
Размеры уплотняемой площади в плане определяются в зави-
симости от назначения уплотнения, размеров и расположения
фундаментов, нагрузок на них и других факторов. При необхо-
димости создания в основании сплошного маловодопроницаемо-
го экрана размеры уплотняемой площади принимаются не менее
чем на 1—2 м больше размеров здания по наружным граням
фундаментов в каждую сторону. При применении уплотнения
только с целью устранения просадочных свойств грунтов ширина
6у, длина /у уплотняемой площади назначаются в соответствии
с конфигурацией и размерами фундаментов:
&y==& + 0,5(&-d);	(135)
/y=Z+O,5(£~-d),	(136)
где b и I — соответственно ширина и длина фундамента; d — ди-
аметр применяемой трамбовки.
Требуемая глубина уплотнения просадочных грунтов тяжелы-
ми трамбовками в основании фундаментов определяется из усло-
вия полного устранения просадочных свойств грунтов в пределах
всей деформируемой зоны или только ее верхней части на глу-
бину, при которой суммарные осадки и просадки фундаментов
не превышают предельных допустимых величин для зданий
и сооружений, а также возможной глубины уплотнения hyn
hyn^ky-d,	(137)
где Ку — коэффициент пропорциональности, принимаемый рав-
ным по данным экспериментальных исследований, для супесей
и суглинков ky = 1,8, для глин ky =1,5.
Объемная масса скелета грунта в уплотненном слое назнача-
ется исходя из полного устранения просадочных свойств грунтов,
обеспечения достаточно низкой сжимаемости, высокой прочнос-
ти уплотнения грунтов и задается средним значением уСк в Уп"
лотненном слое и минимальным уск на нижней границе уплот-
ненного слоя. Для большинства распространенных на территории
СССР лессовых грунтов среднее значение объемной массы ске-
лета грунта в уплотненном слое должно быть не менее 1,65—
1,70 т/м3, а на нижней границе уплотненной зоны не менее
1,6 т/м3.
141
Величина недобора грунта до проектной отметки заложения
фундаментов, используемая при отрывке котлованов, принимает-
ся равной величине понижения трамбуемой поверхности и опре-
деляется по формуле (134).
Уплотнение просадочных грунтов тяжелыми трамбовками
должно осуществляться, как правило, при влажности близкой
к оптимальной IFO. При необходимости уплотнения лессовых грун-
тов с пониженной влажностью W должно осуществляться их
предварительное доувлажнение расчетным количеством воды на
1 м2 уплотняемого основания
Q =	(138)
ъ
где Лувл — толщина слоя увлажненного грунта, принимаемая
равной 2d; уСк — плотность воды, равная 1 г/см3.
Диаметр и вес трамбовки назначаются в зависимости от тре-
буемой глубины уплотнения, формы и размеров уплотняемых
площадей и т. п. При определении веса трамбовок учитывается,
что удельное статическое давление по низу должно быть не менее
0,015—0,02 МПа.
Таблица 2

Характеристика
уплотненного грунта
0,93/1,6
0,95/1,7
0,97/1,8
Сцепление, МПа
Угол внутреннего
трения, град
0,055/0,025
28/24
0,075/0,035
30/25
0,10/0,045
32/26
Примечание. В числителе приведены значения сцепления С и угол внутреннего
трения ср, относящиеся к уплотненным лессовым суглинкам со степенью влажности
<г<0,5 при &уП=0,93 и G^0,6 при &уП=0,97, в знаменателе — в водонасыщенном состоянии
при G> 0,8.
Расчетные давления на уплотненные грунты определяются по
СНиП 11-15-74 в соответствии с их прочностными характеристи-
ками, размерами фундаментов или по табл. 1. Обобщенные нор-
мативные значения прочностных характеристик уплотненных до
различной степени грунтов для предварительных расчетов при-
ведены в табл. 2. (/р =0,05—0,18).
Осадки фундамента на уплотненных тяжелыми трамбовками
грунтах вычисляют по схеме двухслойного основания, состоящего
из уплотненного и залегающего ниже неуплотненного грунта ес-
тественной структуры. Модуль деформации грунтов основания
принимают по данным результатов полевых испытаний их стати-
ческой нагрузки: для уплотненных грунтов на отметке заложения
фундаментов; подстилающих естественного сложения — на глу-
бине, соответствующей нижней границе уплотненного слоя.
142
При отсутствии данных испытаний штампами для предвари-
тельных расчетов допускается принимать значения модулей де-
формации уплотненных лессовых грунтов до kyn =0,93—0,95 по
табл. 3.
Таблица 3
Уплотняемый грунт г	Модуль деформации уплотненного грунта, МПа, при		Уплотняемый грунт	Модуль деформации уплотненного грунта, МПа, при	
	природной влажности, близкой к оптималь- ной	водонасы- щенном состоянии		природной влажности, близкой к оптималь- ной	водонасы- щенном состоянии
Супеси	- 20	15	Суглинки	-25	20
ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ
В комплекс работ по поверхностному уплотнению грунтов тя-
желыми трамбовками входят опытное уплотнение, подготовка
котлована к уплотнению, уплотнение грунта, приемка и контроль
качества уплотнения.
Опытное уплотнение выполняется перед началом производ-
ства работ в наиболее характерных грунтовых условиях в целях
уточнения величины отказа, общего понижения трамбуемой по-
верхности, необходимого количества ударов, толщины достаточ-
но уплотненного грунта, проверки эффективности дополнитель-
ного увлажнения до оптимального значения влажности. Для
опытного уплотнения отрывают котлованы размером не менее
(6X4) d, в котором производят уплотнение не менее чем в 3X3
следа трамбовки. При необходимости грунт в котловане доув-
лажняется до заданной влажности.
Уплотнение в опытном котловане производят с замером ве-
личины понижения трамбуемой поверхности после каждых 2—
3 ударов трамбовки нивелированием по забитым в грунт шты-
рям. По полученным данным строят графики общего понижения
трамбуемой поверхности в зависимости от числа ударов и при-
ращения величины понижения от каждых двух ударов (см.
рис. 54), по которым определяют величину отказа и минималь-
ное число ударов для производства работ.
После окончания трамбования в центре уплотненного участка
отрывают шурф глубиной не менее 2 d, из которого через каждые
0,25—0,5 м по глубине отбирают пробы грунта для определения
его объемной массы скелета и влажности. По данным об изме-
нении уск с глубиной определяют фактическую глубину доста-
точно уплотненного слоя.
Подготовка основания к уплотнению включает: отрывку кот-
лованов глубиной, равной глубине заложения подошвы фунда-
143
ментов, за вычетом возможной величины понижения трамбуемой
поверхности, устройство обвалования вокруг котлована с целью
исключения стока в него атмосферных вод с окружающей тер-
ритории, доувлажнения грунтов в необходимых случаях. К про-
изводству работ по уплотнению приступают не ранее чем через
сутки после полного впитывания воды в грунт.
Поверхностное уплотнение грунта тяжелыми трамбовками
производят отдельными полосами шириной 0,9 d трамбовки с пе-
рекрытием следов и каждой полосы на 0,1 d трамбовки. В преде-
лах каждой полосы трамбование выполняется отдельными цик-
лами по 2—3 удара. После окончания трамбования верхний слой
грунта толщиной 7—10 см, разрыхленный трамбованием, доуп-
лотняется легкими ударами трамбовки, сбрасываемой с высоты
0,5—1 м или при больших площадях укаткой катками.
При производстве работ в дождливое, а также засушливое
время года особое внимание обращается на сохранение влаж-
ности уплотняемых грунтов, близкой к оптимальной. Обычно это
удается обеспечить поэтапной отрывкой котлованов с учетом про-
изводительности грунтоуплотняющих механизмов.
Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками в зимнее время
выполняется при талом состоянии его и глубине промерзания не
более 0,2—0,3 м. Верхний промерзший слой грунта после трам-
бования перед закладкой фундаментов необходимо удалять.
Приемка работ и проверка качества уплотнения грунтов тя-
желыми трамбовками производится после доуплотнения верхне-
го разрыхленного при трамбовании слоя грунта. При уплотнении
грунтов с влажностью, близкой к оптимальной, качество уплот-
нения проверяется по отказу путем контрольного трамбования,
а в остальных случаях с определением объемной массы скелета
грунта через 0,25—0,5 м на глубину не менее (1,8—2) d. Уплот-
нение признается удовлетворительным в случаях, если пониже-
ние отметки уплотненной поверхности при контрольном трамбо-
вании не превышает величины отказа или объемная масса ске-
лета в пределах уплотненного слоя и на его нижней границе не
менее 1,6 т/м3 для просадочных грунтов.
ОПЫТ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ
Поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками получи-
ло широкое применение при строительстве жилых, гражданских,
промышленных зданий на площадках с I типом по просадочности
во всех районах распространения просадочных грунтов.
Территория строительства нового района города Набережные
Челны расположена на II—V террасах р. Камы и характеризу-
ется в южной части относительно ровным рельефом с наличием
блюдцеобразных понижений глубиной 0,5—1 м. Северная часть
имеет уклон в сторону реки и покрыта овражно-балочной сетью
с глубиной оврагов до 7 м.
144
Южная часть территории сложена лессовидными суглинками
с прослойками супесей, которые на лгубину до 8—12 м обладают
просадочными свойствами.
Характеристика грунтов
Объемная масса скелета,	т/мЗ.................1,25—1,55
Природная влажность...........................0,09—0,19
Влажность на границе раскатывания ....	0,15—0,21
То же, текучести..............................0,24—0,36
Число пластичности............................0,04—0,16
Степень влажности.............................0,3—0,7
В местах блюдцеобразных понижений природная влажность
грунтов повышается до 0,22—0,28. Относительная просадочность
суглинков и супесей в пределах просадочной толщи при бытовом
давлении 0,01—0,05, при нагрузке на грунт 0,3 МПа, 0,02—0,10.
Начальное просадочное давление суглинков и супесей на глуби-
не до 2 м 0,1 МПа, а на глубине 4 м 0,12—0,14 МПа.
Северная часть территории сложена переслаивающей толщей
из отдельных слоев толщиной 1—5 м суглинков, супесей, песков
мелких и пылеватых. Отдельные слои суглинков и супесей, зале-
гающие на глубину до 12—15 м, обладают просадочными свойст-
вами с относительной просадочностью при давлении на грунт
0,3 МПа 6пр = 0,01—0,03.
Эффективность уплотнения просадочных лессовых грунтов
тяжелыми трамбовками изучалась при проведении опытных ра-
бот перед началом строительства и в процессе производственно-
го употнения по результатам анализа данных контрольного
определения качества уплотнения грунтов. По данным опытных
работ глубина уплотнения трамбовкой с диаметром основания
1,4 м и массой 3,5 т при объемной массе скелета грунта на ниж-
ней границе 1,6 т/м3 составила 2 м, а трамбовкой с диаметром
основания 1,6 м и массой 5,5 т — 3 м. По результатам производ-
ственного уплотнения средняя объемная масса скелета грунта на
глубине 3 м равнялась 1,64 т/м3 и фактическая глубина уплот-
нения 3,5 м.
Полученные в процессе производственного уплотнения значи-
тельно большие глубины и степень уплотнения по сравнению с
опытным уплотнением являются результатом увеличения высо-
ты сбрасывания трамбовки до 7—8 м, количества ударов до 20—
25 по одному следу, а высокая объемная масса скелета — пони-
женной природной влажностью грунтов.
Производственное уплотнение грунтов выполнялось кранами-
экскаваторами 10011 и 1252 грузоподъемностью 15 и 20 т, трам-
бовками с диаметром основания 1,6 м и весом 4—5,5 т. При
этом весе трамбовок обеспечивалась нормальная работа кранов
и исключался их повышенный износ. Трамбовки должны были
сбрасываться с высоты 5—6 м.
145
Уплотнение грунтов выполнялось при их природной влажности.
При влажности, близкой к оптимальной и отличающейся не бо-
лее чем ±0,04, требуемая глубина уплотнения достигалась при
12—14 ударах трамбовки по одному следу. При более низкой
влажности увеличивалось количество ударов трамбовки и высо-
та ее сбрасывания до указанных выше значений.
В местах залегания переувлажненных грунтов, приуроченным
к так называемым просадочным блюдцам, в процессе уплотнения
происходил выпор грунта и не достигалась требуемая глубина
и степень уплотнения грунтов. В этих местах переувлажненный
грунт выбирался на всю его толщину или требуемую глубину уп-
лотнения и заменялся лессовым суглинком с влажностью, близ-
кой к оптимальной.
Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками производилось
круглогодично с отдельными перерывами лишь в течение декаб-
ря, января, февраля. Стоимость 1 м2 уплотнения грунтов основа-
ния на глубину 2 м согласно установленной для города расценке
0,3—0,4 руб., а средняя производительность 150 м2 уплотненного
основания в смену. В среднем в год уплотнение выполнялось на
площади около 30 тыс. м2, объем уплотненного тяжелыми трам-
бовками грунта более 70'тыс. м3.
Сжимаемость и модуль деформации уплотненных на глубину
2,5 м тяжелыми трамбовками лессовидных суглинков определя-
лись путем испытания их опытными фундаментами размером в
плане 1,4Х 1,41 м и площадью 2 м2 с замачиванием на последней
ступени загрузки. Результаты испытаний показали, что уплотне-
ние просадочных лессовидных суглинков обеспечивает практи-
чески полное исключение просадок и снижение их сжимаемости
в 10—12 раз. Модуль деформации уплотненного грунта при давле-
нии на грунт 0,2—0,43 МПа равнялся 22,5—17,5 МПа, после пол-
ного водонасыщения снизился до 14 МПа. Зависимости осадки
от нагрузки имеют четко выраженный линейный характер, что
свидетельствует о том, что несущая способность уплотненного
грунта при нагрузке 0,43 МПа еще не исчерпана.
Результаты наблюдений за осадками зданий детсадов, мага-
зинов, школ, жилых домов высотой до 5 этажей показали, что
стабилизировавшиеся осадки их фундаментов на уплотненных
тяжелыми трамбовками просадочных грунтах составляют 10—
25 мм, т. е. значительно меньше предельно допустимых. При этом
никаких деформаций в конструкциях зданий не наблюдается.
146
Глава X. УСТРОЙСТВО ГРУНТОВЫХ ПОДУШЕК
ОСОБЕННОСТЬ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Под грунтовой подушкой понимается слой уплотненного грун-
та в пределах деформируемой зоны основания, полученный пу-
тем послойной отсыпки местных грунтов с последующим их по-
слойным уплотнением укаткой или трамбованием.
Грунтовые подушки устраиваются путем отрывки котлована,
глубиной, превышающей отметку заложения фундаментов на
принятую толщину грунтовой подушки. Дно котлована планиру-
ется под одну отметку иди отдельными террасами. Верхний слой
разрыхленного при планировке грунта уплотняется до проектной
плотности, после чего производится отсыпка грунта в подушку
отдельными слоями. Для подушек используются местные грун-
ты с влажностью, близкой к оптимальной. После уплотнения од-
ного слоя проверяется качество выполненных работ и при обес-
печении требуемой степени плотности производятся отсыпка
и уплотнение следующих слоев.
Так же, как и при поверхностном уплотнении тяжелыми трам-
бовками устройство грунтовых подушек обеспечивает создание
в основании фундаментов слоя непросадочного грунта, обладаю-
щего повышенными прочностными характеристиками, малой
сжимаемостью в водонасыщенном состоянии и низкой фильтра-
ционной способностью. В связи с этим грунтовые подушки часто
устраивают на просадочных грунтах со II типом грунтовых усло-
вий для создания маловодопроницаемого экрана.
Грунтовые подушки применяются в тех случаях, когда отсут-
ствует крановое оборудование для поверхностного уплотнения
тяжелыми трамбовками, степень влажности лессового грунта
более 0,70 и не может быть осуществлено поверхностное уплотне-
ние переувлажненных грунтов, а также при необходимости полу-
чения уплотненного слоя грунта значительной толщины. В пос-
леднем случае применяется двухслойное уплотнение путем соче-
тания поверхностного уплотнения тяжелыми трамбовками с уст-
ройством поверху уплотненного слоя грунта грунтовой подушкой.
При применении грунтовых подушек на площадках с I типом
грунтовых условий в пределах всей толщины деформируемой
зоны от нагрузки фундаментов полностью устраняется возмож-
ность проявления просадки грунтов.
На площадках со II типом грунтовых условий грунтовые по-
душки устраняют частично или полностью просадку грунта толь-
ко в пределах деформируемой зоны от нагрузки фундаментов.
При этом возможность проявления просадки грунта от собствен-
ного веса при замачивании сохраняется. В тех случаях, когда
на площадках со II типом грунтовых условий по просадочности
осуществляется устранение просадочных свойств грунтов от соб-
ственного веса путем предварительного замачивания, примене-
147
ние грунтовой подушки в пределах всей деформируемой зоны от
нагрузки фундаментов обеспечивает полное устранение возмож-
ности проявления просадки грунтов в основании.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ УКАТКОЙ
Уплотнение грунтов в подушках выполняется укаткой катка-
ми на пневмоколесном ходу, гружеными автосамосвалами, скре-
перами.
На эффективность уплотнения грунтов укаткой наиболее су-
ществено влияет влажность грунтов. Исследования показали,
что по условиям проходимости механизмов уплотнение укаткой
должно производиться при влажности №д не выше предельно
допустимой и равной
WR<Wp + kwIpi	(139)
где Wp — влажность на границе раскатывания; kw — коэффици-
ент повышения влажности грунта при укатке; 1р — число плас-
тичности.
Коэффициент kw зависит, в основном, от числа пластичности
глинистых грунтов и при 1р = 0,07—0,08 k0,6; а при 1р =0,15—
0,17 kw принимается равным 0,3.
Исследования показывают, что при оптимальной влажности
формирование уплотненной зоны укаткой практически заверша-
ется при десяти проходах катка. С повышением влажности не-
сколько снижается необходимое количество проходов катка, но
одновременно уменьшается максимальная объемная масса скеле-
та в зоне контакта механизма с грунтом. При снижении влаж-
ности грунта ниже оптимального значения наблюдается процесс
замедления формирования уплотненной зоны и стабилизации
уплотнения в-этом случае наступает только после 15—16 прохо-*
дов катка.
Максимальная глубина уплотненной зоны достигается при
влажности грунта близкой к оптимальной. При переувлажнении
или снижении влажности глубина уплотненной зоны существенно
снижается.
В зоне контакта колеса с грунтом фактически при первых
двух проходах достигается максимальная, степень плотности
в соответствии с влажностью грунта. Дальнейшее увеличение
числа проходов приводит к развитию глубины уплотнения при
одновременном снижении интенсивности развития уплотнения по
глубине.
По характеру работы, возможностям и маневренности к ко-
лесным уплотняющим механизмам приближается самоходная
трамбующая машина Д-471 на базе гусеничного трактора Т-100.
Машина Д-471 оборудована двумя свободно падающими плита-
ми размером 1,1X0,9 м, с высотой сбрасывания плит 1,1 м. Уп-
лотнение ведется при непрерывном движении, причем каждый
148
последующий удар смещен относительно предыдущего на 3—
5 см, в результате чего обеспечивается 20—30 ударов трамбую-
щей плитой по одному следу. Уже при первом проходе глинистых
грунтов реализуется свыше 90% потенциально возможной де-
формации уплотнения. При втором дополнительно достигается
6—8% деформаций уплотнения, при третьем увеличение дефор-
мации уплотнения практически не наблюдается, т. е. для уплот-
нения глинистых грунтов вполне достаточно двух проходов трам-
бующей машины Д-471 по одному следу.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ УСТРОЙСТВА
Исследование эффективности устройства грунтовых подушек
толщиной 1,5—2 м из уплотненных до объемной массы скелета
1,6—1,85 т/м3 лессовидных суглинков выполняли штампами пло-
щадью 0,5—1 м2 в различных районах СССР. Результаты их для
наиболее часто встречающегося состояния основания по влаж-
ности — полного водонасыщения, показывают, что модуль дефор-
Рис. 56. График зависимости модуля деформации
уплотненных лессовидных суглинков от объемной
массы скелета грунта.
мации уплотненных лессовидных суглинков по мере повышения
объемной массы скелета возрастают (рис. 56). Зависимость меж-
ду модулем деформации и уск в интервале ее изменения 1,6—
1,85 т/м3 может быть принята линейной при коэффициенте кор-
реляции г = 0,74. Если в водонасыщенном состоянии модули де-
формации в указанном диапазоне изменения уСк равнялись
15—33 МПа, то при влажности, близкой к оптимальной, 18—
68 МПа. Повышение влажности уплотненного грунта до полного
водонасыщения в среднем приводит к снижению модуля дефор-
мации в 1,2—1,5 раза, для просадочных грунтов естественного
сложения 5—10 раз и не более.
Результаты испытаний штампами подушек различной толщи-
ны на лессовидных суглинках Яванской долины (Таджикская
ССР) показывают, что увеличение толщины подушек hyn и от-
ношения hyn к ширине штампа b приводит к повышению модуля
деформации основания в водонасыщенном состоянии Еуп и пре-
дельного давления на основание РПред . В данном случае за
величину предельного давления на основание при наличии грун-
товой подушки ограниченной толщины принималось давление,
равное условному пределу пропорциональности на графике зави-
симости осадки от давления на водонасыщенный грунт.
149
Наиболее интенсивное повышение модуля деформации осно-
вания Е и коэффициента увеличения предельного давления на
грунт k наблюдается при увеличении толщины подушки до
(0,75—1) Ь. При толщине подушки 0,25 b (модуль деформации
увеличивается в 2,5 раза, а коэффициент k в 1,5 раза. Дальней-
шее повышение толщины подушки с 0,5 до 0,75 b приводит к
увеличению модуля деформации всего лишь в 1,2—1,4 раза,
а коэффициент k с 1,65 до 1,75, т. е. для существенного снижения
осадок фундаментов и повышения расчетного давления на осно-
вания грунтовые подушки на просадочных грунтах достаточно
делать толщиной (0,5—0,75) Ь. При устройстве грунтовых поду-
шек с целью создания в основании маловодопроницаемого экра-
на толщина их соответствующим образом должна увеличиваться.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
В проекте на устройство грунтовых подушек должны быть
указаны: толщина и размеры грунтовой подушки в плане в пре-
делах отдельных фундаментов или зданий и сооружений; план
планировки котлована для устройства грунтовых подушек; ре-
комендуемые виды грунтов для возведения грунтовых подушек;
значения оптимальной влажности рекомендуемых видов грунтов;
требуемая объемная масса скелета грунта в подушке; толщина
отсыпаемых слоев; типы грунтоуплотняющих механизмов и ори-
ентировочное количество их проходов для уплотнения грунтов до
требуемой степени плотности; расчетное давление на уплотнен-
ный грунт подушки.
Необходимая толщина грунтовой подушки определяется из
условия полного устранения просадочных свойств грунтов в пре-
делах деформируемой зоны от нагрузки фундаментов. При зна-
чительной толщине грунтовой подушки ее допускается умень-
шать и выполнять грунтовые подушки только в пределах верх-
них частей деформируемой зоны. При этом возможная толщи-
на грунтовой подушки при частичном устранении просадочных
свойств грунтов в пределах деформируемой зоны определяет-
ся расчетом по деформациям, исходя из того, что суммарные
осадки и просадки фундаментов зданий и сооружений не долж-
ны превышать предельно допустимых для них величин.
При возведении зданий и сооружений, малочувствительных'
к неравномерным просадкам, и особенно малоэтажных с нагруз-
кой на ленточный фундамент до 150 кН/м столбчатый да
600 кН толщина грунтовой подушки может быть сокращена
6ПОд = -~^ ь,	(140}
Рпр
где р — принятая средняя величина давления на грунт по подош-
ве фундамента; рпр — начальное просадочное давление грунта,,
залегающего ниже грунтовой подушки; b — ширина фундамен-
та, см.
1:50
Давление по подошве фундамента на грунтовую подушку тол-
щиной не менее 50 см, исходя из исключения просадок грунта
в пределах деформируемой зоны,
(141)
\ b I
Размеры грунтовых подушек в плане назначаются в зависи-
мости от размеров фундаментов, их конфигурации в плане, при-
нятого давления на грунт, целевого назначения применения
грунтовых подушек, удобства производства земляных работ
и т. п. При необходимости создания сплошного маловодопрони-
цаемоги экрана грунтовые подушки устраивают в пределах всего
здания или сооружения. Размеры грунтовых подушек в этом слу-
чае назначаются исходя из условия отвода аварийных вод за
пределы деформируемой зоны грунта в основании фундаментов
и должны выступать в стороны от наружной грани фундаментов
на ширину не менее 1,5 м.
При устройстве подушек только с целью ликвидации проса-
дочных свойств грунтов в наиболее напряженной зоне основания
фундамента ширина грунтовой подушки &под и длина ее /ПОд по-
низу определяются по приближенным формулам
£под==*-(1+2£п),	(142)
/под = I + Ъ • 2йп,	(143)
где b и I — соответственно ширина и длина фундамента или зда-
ния; kn —коэффициент, учитывающий характер распределения
горизонтальных деформаций в основании фундаментов при про-
садке грунта и принимаемый равным при:
р = 0Д5—0,2 МПа, kn =0,3; р = 0,25—0,3 МПа; /еп=0,35;
р = 0,35—0,4 МПа; kn =0,4.
Выбор грунта для устройства грунтовых подушек произво-
дится в основном в зависимости от местных грунтовых условий
и целевого назначения применения подушек. При возведении
грунтовых подушек с целью создания сплошного водонепроница-
емого экрана необходимо применять лессовидные глины и су-
глинки, так как в этих случаях достигается небольшая их водо-
непроницаемость. Дренирующие материалы (песок, шлак и т. п.)
для устройства грунтовых подушек допускается применять
с учетом их технико-экономических показателей только на пло-
щадках с I типом грунтовых условий по просадочности.
Грунтовые подушки должны устраиваться из однородных
грунтов оптимальной влажности. При уплотнении грунта в по-
душках трамбованием оптимальная влажность принимается
равной IFo= Wp — (0,01—0,03); при уплотнении укаткой — равной
влажности на границе раскатывания Wp. При влажности грунта,
применяемого для возведения подушки, ниже оптимальной более
чем на 0,03 (в абсолютном значении) должно производиться до-
151
увлажнение его до оптимальной влажности. Необходимое коли-
чество воды определяется по формуле (138).
При устройстве грунтовых подушек с целью ликвидации про-
садочных свойств основания объемная масса скелета грунта
должна быть не менее 1,6—1,65 тс/м3, но не менее величины, при
которой просадка грунта исключается, а при устройстве поду-
шек с целью создания сплошного водонепроницаемого экрана —
не менее 1,7 т/м3.
Таблица 4
	Толщина слоя	Количество
Механизм	в уплотненном	проходов (уда-
	состоянии, м	ров трамбовки)
Пневмокатки массой, т:		
25	0,5	10—12
40	0,7	10—12
Груженые автомашины		
БелАЗ	0,7	8—12
КрАЗ	0,5	10—12
МАЗ	0,4	10—12
Тракторы Т-100, Т-140	0,2	8—10 -
Трамбующие машины Д-471	1.0	2—3
Толщина отсыпаемых слоев в грунтовых подушках из лессо-
видных грунтов, типы грунтоуплотняющих механизмов и ориен-
тировочное количество проходов для уплотнения грунтов до ко-
эффициента &у=0,93—0,95 принимается по табл. 4.
При необходимости уплотнения грунтов до Ау=0,98 указан-
ная в табл. 4 толщина слоя снижается на 20—25%.
ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ
Основным оборудованием при устройстве грунтовых подушек
являются грунтоуплотняющие механизмы. Выбирают их в зави-
симости от объема, фронта работ, сроков выполнения, вида при-
меняемого грунта, наличия необходимых механизмов и т. п
При больших объемах уплотняемых грунтов и при достаточ-
ном фронте работ для маневрирования машин целесообразно
применять производственные машины, например трамбующие
машины Д-471, тяжелые катки на пневмоколесном ходу.
При ограниченном фронте работ, а также в стесненных усло-
виях для уплотнения грунтов наиболее целесообразны самоход-
ные катки, скреперы-катки, тракторы, тяжелые трамбовки, трам-
бующие машины.
Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками и трамбующими
машинами целесообразно при производстве работ в дождли-
вое или зимнее время, так как, отсыпая грунты слоями значи-
152
тельноц толщины, удается сохранить их оптимальную влажность
и талое состояние грунта в пределах всего уплотняемого слоя
и в течении сравнительно долгого времени.
При устройстве грунтовых подушек под фундаменты зданий
последовательно осуществляются отрывка котлованов до проект-
ной отметки, подвозка, отсыпка и разравнивание грунта, по-
слойное уплотнение, контроль качества и приемка работ.
Котлованы отрывают по всей площади или отдельными участ-
ками на глубину, превышающую принятую толщину подушки.
Планировка дна котлована при больших размерах осуществля-
ется с уклоном к приемному колодцу-зумпфу, чтобы иметь воз-
можность с помощью насосов удалять атмосферную воду. Для
удобства производства работ траншеи под фундаменты отдельно
стоящих колонн отрывают сплошной лентой вдоль основных ря-
дов колонн и устанавливают грунтовые подушки также в виде
сплошных лент, а не на отдельных участках. В результате этого
объем земляных работ несколько увеличивается, но значительно
улучшаются условия послойного уплотнения механизмами, сни-
жается их стоимость и повышается производительность труда по
сравнению с этими же показателями при рытье траншей под от-
дельные фундаменты.
Грунт в подушки отсыпают отдельными горизонтальными
слоями, разравнивают бульдозерами и сразу же уплотняют до
требуемой степени плотности. При использовании грунтов с по-
ниженной влажностью доувлажнение их должно производиться
в карьере или резерве до начала отсыпки в подушку.
Глинистые грунты наиболее эффективно уплотняются катка-
ми на пневматических шинах после предварительной подкатки
отсыпанного слоя бульдозерами.
При доставке грунта на место отсыпки автомобилями или
скреперами можно использовать их для уплотнения отсыпанно-
го слоя. В этих случаях их движение необходимо организовать
так, чтобы уплотнение отсыпанного слоя грунта производилось
по возможности равномерно. В дальнейшем, если степень плот-
ности окажется недостаточной, следует доуплотнить грунт кат-
ками или трамбовками.
После уплотнения каждого слоя определяются объемная мас-
са скелета и влажность уплотненного грунта. При уплотнении
укаткой и толщине отсыпаемого слоя не более 30 см пробы грун-
та отбирают из середины каждого слоя, а при большей — на глу-
бину 2/3—3/4 толщины слоя. При уплотнении трамбованием
пробы грунта отбирают через 0,25—0,5 м, но не менее трех
в каждом пункте. Пункты для отбора проб грунта располагают
равномерно по всей уплотняемой площади из расчета один на
каждые 100—200 м2. Уплотнение признается удовлетворитель-
ным, если фактическая объемная масса скелета уплотненного
грунта менее требуемой не более чем на 0,05 т/м3. Причем коли-
чество проб с плотностью грунта, отклоняющейся от проектной,
153
не должно превышать 10% от общего количества, отобранного
на проверяемом участке.
Если требуемая плотность грунта не достигнута, увеличива-
ется число проходов по одному следу, а в некоторых случаях
применяются более тяжелые механизмы и трамбовки.
Грунтовые подушки из местных лессовидных грунтов широко
применяются при строительстве жилых и гражданских зданий
на просадочных грунтах в районах Приднепровья, Молдавии,
Средней Азии, Казахстана, Поволжья и др.
Наилучшие результаты работ по стоимости, трудоемкости
и срокам их выполнения достигаются при одновременном уст-
ройстве грунтовых подушек на больших площадях или сразу под
несколько зданий, когда дальность отвозки и доставки грунта
не превышает 0,2 км; отрывка, транспортировка и уплотнение
грунта осуществляются скреперами, работы организованы не-
прерывным потоком с большой интенсивностью.
Технико-экономическое сравнение различных технологических
схем устройства грунтовых подушек показывает, что при отрыв-
ке котлованов экскаватором, вывозке грунтов на расстояние до
1 км в резерв и последующей доставке их автосамосвалами
стоимость 1 м3 грунтовой подушки составляет 0,7 руб., трудоем-
кость 0,033 чел.-дня. При применении для этих целей скреперов
с перемещением грунта до 0,2 км стоимость снижается до
0,33 руб., а трудоемкость до 0,012 чел.-дня.
Глава Xi. ФУНДАМЕНТЫ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ
ОСОБЕННОСТИ И ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ УСТРОЙСТВА
X
В последнее время сформировалось и успешно развивается
новое направление в> строительстве на просадочных грунтах —
устройство фундаментов в уплотненном грунте. Особенность его
состоит в том, что в процессе устройства фундаментов под по-
дошвой и вокруг их боковых граней создается уплотненный не-
просадочный грунт повышенной прочности и несущей способнос-
ти. Нагрузка от фундаментов по подошве и боковым стенкам
передается вначале на уплотненный грунт, а затем на грунты
природного сложения, благодаря чему достигается более высо-
кая несущая способность фундаментов.
К новому направлению устройства фундаментов относятся
забивные призматические и особенно' пирамидальные сваи, за-
бивные блоки, набивные сваи в пробитых скважинах, вибро-
штампованные сваи и главными представителями этого направ-
ления являются фундаменты в вытрамбованным котлованах [15,
41, 44, 47].
Сущность метода устройства фундаментов в вытрамбованных
котлованах состоит в том, что котлованы под отдельные фунда-
менты не отрываются, а вытрамбовываются на необходимую
глубину с последующим заполнением вытрамбованного котлова-
154
на бетоном враспор или реже установкой сборного элемента. Для
повышения несущей способности грунтов под фундаментами в
дно вытрамбованного котлована втрамбовывается порциями
жесткий грунтовой материал (щебень, песчанно-гравийная смесь,
крупный песок и т. п.).
Вытрамбовывание котлованов производится после планиров-
ки застраиваемого участка с отметки основания пола. Благодаря
сочетанию в одном процессе, уплотнения грунта и образования
котлована резко сокращается (в 3—6 раз) объем земляных ра-
бот, связанных с отрывкой и обратной засыпкой котлованов, а
при бетонировании фундаментов в распор практически пол-
ностью исключаются опалубочные работы. Наличие уплотненной
зоны под котлованом и вокруг его наклонных боковых стенок
позволяет существенно снизить размеры фундаментов. В резуль-
тате этого применение методов устройства фундаментов в вы-
трамбованных котлованах по сравнению с обычными столбчаты-
ми и ленточными фундаментами, а также свайными позволяет
существенно снизить расход бетона, металла, стоимость и тру-
доемкость работ по устройству их.
Для вытрамбовывания котлованов используют краны-экска-
ваторы, тракторы с навесным оборудованием, включающим на-
правляющую штангу, каретку и трамбовку. Направляющая
штанга длиной 8—12 м обеспечивает вертикальность падения
трамбовки в одно место. Трамбовку изготавливают по форме бу-
дущего котлована. В плане она может быть квадратной, прямо-
угольной, шестигранной высотой от 1 до 3,5 м. Каретка обеспе-
чивает скольжение трамбовки по направляющей штанге.
Вытрамбовывание котлованов производят путем сбрасывания
трамбовки по направляющей штанге с высоты 4—8 м в одно мес-
то. Для вытрамбовывания котлованов под обычные столбчатые
фундаменты (без уширения основания) на глубину 1 м требует-
ся 10—16 ударов, или 2—4 мин, а котлованов глубиной до 3 м
с уширенным основанием с учетом втрамбовывания в дно жест-
кого материала — около 40—60 ударов, т. е. 10—20 мин.
Разработаны и успешно применяються методы устройства в
вытрамбованных котлованах столбчатых фундаментов без уши-
рения основания; с уширенным основанием, получаемым путем
втрамбовывания в грунт жесткого грунтового материала; лен-
точных прерывистых (рис. 57). Кроме этого, проводятся работы
по разработке конструкций и методов устройства фундаментов
с несущим слоем, создаваемым путем втрамбовывания под фун-
даментом и вокруг него жесткого грунтового материала с повы-
шенной прочностью, сборных фундаментов с уширенным осно-
ванием, арочных фундаментов под несущие стены и др.
В зависимости от особенностей грунтовых условий фундамен-
ты в вытрамбованных котлованах применяются: на просадочных
лессовых, покровных глинистых, насыпных глинистых грунтах
с числом пластичности /р>0,03; при объемной массе скелета
155
грунта уск	1,65 т/м3. В отдельных случаях возможно приме-
нение фундаментов в вытрамбованных котлованах: в супесях
с числом пластичности 1р <0,03, а также в мелких и пылеватых
песках; в плотных глинистых грунтах с объемной массой скеле-
та более 1,65 т/м3; в грунтах со степенью влажности более
00,75;
Рис. 57. Основные виды фундаментов в вытрамбованных котлованах:
а — столбчатый без уширения; б — с уширенным основанием; в — разрез и план ленточ*
ного прерывистого; 1 — стакан для установки колонны; 2 — фундамент; 3 — уплотненная
зона; 4 — вытрамбованный жесткий грунтовый материал.
На просадочных грунтах со II типом грунтовых условий фун-
даменты в вытрамбованных котлованах допускается применять
при условии, если суммарная величина просадки грунта от соб-
ственной массы и осадки фундамента от его нагрузки не превы-
шает предельно допустимых величин для проектируемых зданий
и сооружений.
Исходя из конструктивных особенностей проектируемых зда-
ний и сооружений столбчатые фундаменты в вытрамбованных
котлованах целесообразно применять для каркасных промыш-
ленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий при верти-
кальной нагрузке на них до 2000 кН; ленточные прерывистые
фундаменты — для бескаркасных жилых и промышленные зда-
ний при нагрузке до 300 кН/м.
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ
Вытрамбовывание котлованов сопровождается повышением
его глубины по мере увеличения количества ударов трамбовки.
В процессе вытрамбовывания котлованов происходят вертикаль-
ные и горизонтальные перемещения грунтов в пределах уплот-
ненной зоны. Максимальная величина вертикальных перемеще-
ний наблюдается у поверхности дна котлована и с глубиной
уменьшается. Горизонтальные перемещения по оси котлована
равняются нулю, а по мере удаления от оси на расстояние 0,5 е
увеличиваются до максимальной величины и затем вновь умень-
156
шаются до нуля. За пределами зоны уплотнения происходит вы-
пор грунта вверх.
Эффективность вытрамбовывания котлованов определяется
в основном площадью, весом, высотой сбрасывания, количеством
ударов трамбовки, а также влажностью, степенью плотности
и прочности грунта. С увеличением веса и удельного статическо-
го давления на грунт, высоты сбрасывания трамбовки эффектив-
ность вытрамбовывания котлованов возрастает, а с повышением
площади трамбовки снижается. По мере повышения площади
трамбовки, ее ширины или диаметра, высоты сбрасывания воз-
растает степень разрыхления грунта на дне и особенно на стен-
ках котлована в верхней части на глубину 0,2—0,4 м. Разрыхле-
ние грунта вызывается главным образом тем, что при падении
трамбовки в котлован образуется воздушная подушка и сжатый
воздух, вырываясь наружу, разрывает стенки котлована. Поэто-
му при больших размерах трамбовок (&> 1,2 м) целесообразно
предусматривать в них вертикальное отверстие диаметром 10—
20 см.
Применение трамбовок с заостренной подошвой по сравнению
с плоской несколько повышает эффективность вытрамбовывания,
уменьшается разуплотнение стенок котлованов за счет снижения
возможного образования воздушной подушки под подошвой
трамбовки.
По мере повышения степени плотности, структурной прочнос-
ти, а также снижения влажности эффективность вытрамбовыва-
ния котлованов снижается и требуется большое количество уда-
ров трамбовки для вытрамбовывания котлованов на заданную
глубину. В связи с этим возможность вытрамбовывания котлова-
нов в глинистых грунтах в зависимости от их структурной проч-
ности ограничивается объемной массой скелета 1,65 т/м3. В на-
сыпных глинистых грунтах понижение дна котлована за один
удар трамбовки обычно в 1,3—1,8 раза больше, чем в аналогич-
ных грунтах с природной структурой.
При низкой влажности грунтов менее чем на 0,04—0,06 влаж-
ности на границе раскатывания происходит не только снижение
эффективности вытрамбовывания, но и интенсивное разуплотне-
ние грунта на верхней части стенок котлована с частичным его
обрушением. В подобных случаях для повышения связности
грунтов и получения правильной формы котлованов необходимо
грунт доувлажнять до начала или в процессе вытрамбовывания
котлованов.
При повышенной влажности грунтов, на 0,01—0,03 превыша-
ющей влажность на грунте раскатывания, эффективность вы-
трамбовывания котлованов возрастает, но одновременно проис-
ходит налипание грунта на боковые грани трамбовки, засасыва-
ние трамбовки в котловане. Значительное снижение этих явлений
' может быть достигнуто периодической подсыпкой в котлован
песка, благодаря чему на поверхности котлована в процессе его
157
вытрамбовывания образуется слой из песчано-глинистого грун-
та. Повышенная влажность грунтов оказывает неблагоприятное
влияние на снижение степени плотности грунта в уплотненной
зоне и несущую способность грунта в основании фундаментов.
В результате вытрамбовывания под котлованом и вокруг не-
го образуется уплотненная зона грунта (см. рис. 57), имеющая
в поперечном сечении чаще всего форму усеченного эллипса^
глубиной ниже дна котлована 1,5 £ср и шириной около 2&р
(здесь 6ср — ширина котлована в среднем сечении на глубине
0,5 йк. В пределах уплотненной зоны объемная масса скелета
грунта с глубиной и в стороны от оси котлована уменьшается от
максимального значения, соответствующего полному заполнению
пор грунта водой и равного 1,75—1,95 т/м3 до природного. Мак-
симальные размеры уплотненной зоны достигаются в грунтах
с оптимальной влажностью, а максимальное значение объемной
массы скелета — при пониженной на 0,02—0,04 влажности
грунта.
ФУНДАМЕНТЫ БЕЗ УШИРЕННОГО ОСНОВАНИЯ
Исследования осадок фундаментов в вытрамбованных котло-
ванах при вертикальных нагрузках выполнялись в различных
районах Молдавской ССР, Тольятти, Набережные Челны, Луцке,
Полтаве и других городах на площадках, сложенных просадоч-
ными грунтами с I типом грунтовых условий по просадочности.
Фундаменты испытывались после замачивания грунта основания
до полного водонасыщения с таким расчетом, чтобы степень
влажности составляла не менее 0,8.
Результаты испытаний опытных фундаментов в вытрамбован*
ных котлованах, приведенные на рис. 58, показывают, что несу-
щая способность их на вертикальные нагрузки оказывается до-
статочно высокой. Практически во всех случаях до давлений 0,8—
1,0 МПа зависимость имеет линейный вид, что свидетельствует
о том, что несущая способность уплотненного грунта в основании
фундаментов в процессе испытаний не была исчерпана. При дав-
лениях на грунт до 0,6 МПа осадки фундаментов в вытрамбо-
ванных котлованах составляют 5—55 мм, что значительно мень-
ше допустимых. При этих давлениях модули деформации уплот-
ненных грунтов при их полном водонасыщении равняются 10—
15 МПа. Причем большие значения модулей деформации отно-
сятся к случаям, когда вытрамбовывание котлованов производи-
лось при влажности на 0,02—0,04 меньше оптимальной и объем-
ная масса скелета грунта в уплотненной зоне составляла не ме-
нее 1,70—1,75 т/м3. Более низкие значения модулей деформации,
равные 10—15 МПа, наблюдаются при вытрамбовывании котло-
ванов в грунтах с повышенной влажностью, когда объемная мас-
са скелета грунта в уплотненной зоне составляет 1,6—1,7 т/м3.
На горизонтальные нагрузки испытывались фундаменты раз
158
мером понизу 1,2X1,2 м, поверху 1,4X1,4 м и глубиной 1,1 м
(кривые 3, 4, 6, 7 на рис. 59), а также размером понизу 0,6X
Х0,8 м, поверху 0.9Х1,1 м, глубиной 1,5 и 1 м (кривые 2, 5, 8—
11 на рис. 59).
Для выявления роли боковых стенок вытрамбованных кот-
лованов в работе фундамента на горизонтальную нагрузку по
одному фундаменту каждого размера испытывалось с откопан-
ными боковыми стенками.
Рис. 59. Зависимость горизонталь-
ных перемещений верха фундамен-
тов от приведенной величины го-
ризонтальной нагрузки q по боко-
вой поверхности:
1 и 3 — фундамент с откопанными боко-
выми стенками при р—0,2 МПа и
0,3 МПа; 2, 5, 10, 11 — при Fcp -0,75 м2
и р соответственно равными 0; 0,2; 0,4; и
0,6 МПа; 5, 9 — при F=0,75 м2, Л—1,0 м
и р соответственно 0,2 и 0,4 МПа; 4, 6,
7 — при F=l,7 м2, Л=1,1 мир соответ-
ственно 0,3; 0,5 и 0,6 МПа; Q — гори-
зонтальная нагрузка; &ср— ширина
фундамента в среднем сечении.
Рис. 58. Зависимость осадок .
фундаментов в вытрамбо-
ванных котлованах от на-
грузки:
Л 2 — F=0,48 м2, Л-1,5 (МССР);
3 — F—0,95 м2, Л=2,4 м (Тольят-
ти); 4 — F= 1,44 м2, Л=1,2 м
(Оргеев); 5 — F = 1,69 м2, Л=1,1 м
(Набережные Челны); 6 — F=
=0,72 м2, Л—1,5 м (Бульбоки);
7—Г—1,44 м2, Л—1,2 м (Киши-
нев); 5 —F=l,44 м2, Л—1,1 м
(Леово); 9 — на естественном
основании, F=l,44 м2 (Кишинев).
Испытания фундаментов на горизонтальную нагрузку произ-
водились при различных вертикальных давлениях по подошве.
Вертикальная нагрузка на фундамент передавалась ступенями
через металлические пластины с катками между ними. Горизон-
тальная нагрузка прикладывалась в уровне верха фундаментов,
в результате чего по подошве создавался момент M = Qh. Испы-
тания всех фундаментов вели в условиях полного водонасыщении
грунта при степени влажности 6^0,8.
Анализ полученных данных указывает на весьма существен-
ную роль боковых стенок вытрамбованных котлованов на вос-
приятие горизонтальных нагрузок. В частности, при допускаемом
горизонтальном перемещении 10 мм для фундаментов с откопан-
ными боковыми стенками величины q составили (кривая 1 и 3)
0,05 и 0,14 МПа, а при включении в работу боковых стенок они
увеличиваются (кривые 4 и 8) до 0,25 и 0.32 МПа. При этом, чем
159
меньше площадь подошвы фундамента, тем больше роль боко-
вых стенок в восприятии горизонтальных нагрузок.
Величина горизонтальной нагрузки q, которая может быть
передана на фундамент, зависит от вертикальной нагрузки рис
увеличением ее возрастает. Повышение глубины вытрамбовыва-
ния не приведет к существенному повышению величины q.
В отношении работы на горизонтальные нагрузки наиболее
благоприятными являются прямоугольные в плане фундаменты
с расположением длинной стороны перпендикулярно к действию
горизонтальной нагрузки. В этом случае при одном и том же
расходе бетона предельные горизонтальные нагрузки на фунда-
мент возрастают на 12—18%.
ФУНДАМЕНТЫ С УШИРЕННЫМ ОСНОВАНИЕМ
Особенность устройства фундаментов в вытрамбованных кот-
лованах с уширенным основанием состоит в том, что котлованы
вытрамбовываются на глубину 2—3,5 м удлиненной трамбовкой
с заостренным концом под углом 60—90° (рис. 60). Затем в кот-
Рпс. 60. Технологическая схема устройства фундаментов в вытрамбо-
ванных котлованах с уширенным основанием:
I — установка трамбовки и вытрамбовывание котлована; II — засыпка в котлован
жесткого материала; III—втрамбовывание жесткого материала в дно котлована;
IV — бетонирование фундамента; V — готовый фундамент; 1 — трамбовка; 2 —
направляющая штанга; 3— каретка; 4 — котлован; 5 — бункер с жестким мате-
риалом; 6 — жесткий материал; 7 — втрамбованный в грунт жесткий материал,
8 — бетон фундамента; 9 — стакан для установки колонны.
лован отдельными порциями высотой 0,6—1,2 м отсыпает-
ся жесткий грунтовый материал (щебень, гравий, песчано-гра-
вийная смесь, крупный песок и т. п.) с уплотнением каждой пор-
ции той же трамбовкой. В результате втрамбовывания жесткого
материала в основании котлована создается уширение с увели-
чением размеров уплотненной зоны грунта по глубине и в плане.
Исследования метода устройства фундаментов с уширенным
основанием показали, что на интенсивность вытрамбовывания и
качество котлованов существенное влияние оказывает влажность
грунтов. Вытрамбовывание котлованов в лессовых грунтах
160
с влажностью до 0,08—0,1 вызывает их растрескивание в поверх-
ностном слое. При повышении влажности до 0,14—0,16 котлова-
ны строго соответствуют форме трамбовки и имеют ровные края.
При влажности грунтов выше 0,22—0,24 наблюдалось засасыва-
ние трамбовки в котловане.
При отработке создания уширенного основания было установ-
лено, что форма, размер уширения в нижней части котлована
зависят от размера трамбовки в нижней части, объема засыпан-
ного в котлован жесткого материала и его вида. С увеличением
крупности щебня до 20—40 мм размеры щебеночной подушки
в плане возрастают на 10—15%. Максимально возможный диа-'
метр щебеночной подушки из щебня под котлованом в лессовид-
ных и покровных суглинках и супесях составляет (1,8—2,2) d
(d — диаметр котлована понизу) и с повышением степени плот-
ности грунтов снижается. Форма щебеночной подушки в попе-
речном сечении также зависит от степени плотности грунтов
и изменяется от шарообразной до эллипсовидной.
Анализ объемной массы скелета грунта по образцам, отоб-
ранный вокруг вытрамбованных котлованов, показал, что зона
достаточного уплотнения ( уск ^1,6 т/м3) распространяется
в стороны от краев котлована на расстояние, равное 0,8—1,0 d,
т. е. диаметр зоны грунтов с достаточным уплотнением в месте
наибольшего уширения равен (3—4) d.
от нагрузки для фундаментов в вы-
трамбованных котлованах и свай
(обозначения см. табл. 5).
Рис. 62. Графики зависимости не-
сущей способности на горизонталь-
ные нагрузки фундаментов в вы-
трамбованных котлованах от:
а — объема втрамбованного щебня в
основание; б — вертикальной нагрузки
на фундамент.
Несущая способность фундаментов в вытрамбованных котло-
ванах с уширенным основанием на вертикальные и горизонталь-
ные нагрузки при различном объеме втрамбованного щебня изу-
чалась в городах Набережные Челны, Альметьевске, Кишиневе,
Желтые воды, Ленинграде, Полтаве, Черкассах и др. Результа-
ты основных испытаний фундаментов в вытрамбованных котло-
ванах вдавливающей ститической нагрузки для города Набереж-
ные Челны приведены на рис. 61 и в табл. 5. Для сопоставления
6 1-1633
161
даны некоторые данные но испытанию забивных и буронабив-
ных свай. Испытания свай и фундаментов в вытрамбованные
котлованах (кривые 1—6*) проводились в лессовых просадочных
грунтах с толщиной слоя около 8 м при их полном водонасыще-
нии, а фундаментов в вытрамбованных котлованах (кривые 7—
10) в слоистой толще, сложенной супесями и мелкими заилен-
ними песками. Несущая способность свай определялась по СНиП П-17-77, а фундаментов в вытрамбованных котлованах Таблица 5							
Номера кривых (рис. 61)	Вид фундамента	Размер	Глуби- на	Объем бетона, м3	Несущая спо- < собность, кН		Расход бетона на 10 кН, м3
		м			полная	на 1 м3 бетона	
/ 2 3 4 5 6 7 8 9 10	Забивные сваи Буронабивные сваи без уширения Фундаменты в вытрамбо- ванном котловане без уширения То же Фундамент в вытрамбо- ванном котловане с уши- ренным	основанием, Ущ==0,8 м3 То же,	=2 м3 Фундамент в вытрамбо- ванном котловане без уширения оснований Фундамент в вытрамбо- ванном котловане с уши- ренным	основанием, Vm==0,8 м3 То же, Ущ=1,6 м3 » Ущ=2 м3	*?• © II II II	II II	II	в 0 II II	w ООо	О *-*	О	44 X Ъо 00 QO	ОО	'&>	ОООС0И-» Сисл	w	10 10 1 2,5 2,5 2,5 2 2 2 2	0,9 2,84 1,1 1 1 1 1,05 1,05 1,05 1,05	640 880 500 400 1150 1300 320 1200 1400 1500	710 310 450 400 1150 1300 300 1150 1330 1420	0,014 0,032 0,022 0,025 0,009 0,00В 0,035 к 0,009 0,008 0,007
принималась при осадке их равной = ^5ДОП =0,3-10=3 см.
Если несущая способность забивных свай на 1 м3 бетона без
учета ростверка составляет 710—310 кН, то фундаментов в вы-
трамбованных котлованах без уширения 300—450 кН, с уширен-
ным основанием при вытрамбовании 2 м3 щебня — 1420 кН.
Несущая способность фундаментов в вытрамбованных котло-
ванах с уширенным основанием на горизонтальные нагрузки по
результатам испытаний принималась равной горизонтальной на-
грузке, при которой величина горизонтального перемещения вер-
ха фундамента составляла 10 мм.
162
Результаты испытаний в городе Набережные Челны показы-
вают (рис. 62), что несущая способность фундаментов в вытрам-
бованных котлованах на горизонтальные нагрузки при увеличе-
нии объема втрамбованного щебня в основание и вертикальной
нагрузки возрастают. В частности, для фундамента глубиной
2 м диаметром понизу 0,8 м и поверху 0,95 м с объемом втрам-
бованного щебня Рщ = 1,2 м3 увеличение вертикальной нагрузки
с 0 до 500 кН приводит к повышению несущей способности на
горизонтальную нагрузку с 70 до 157 кН. При вертикальной на-
грузке 250 кН втрамбовывание в дно котлована 1,2 м3 щебня
обеспечивает увеличение несущей способности фундамента на
горизонтальную нагрузку с 82 до 140 кН.
Результаты испытаний свидетельствуют также о весьма вы-
сокой несущей способности фундаментов в вытрамбованных кот-
лованах с уширенным основанием на горизонтальные нагрузки.
ЛЕНТОЧНЫЕ ПРЕРЫВИСТЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Ленточные прерывистые фундаменты в вытрамбованных кот-
лованах характеризуются тем, что котлованы под фундаменты
вытрамбовываются через минимально допустимые расстояния,
при которых исключаются недопустимые вертикальные и гори-
зонтальные перемещения грунтов, сохраняется правильная фор-
ма котлованов, обеспечивается слияние уплотненных зон под от-
дельными котлованами в общий массив в виде ленты.
Рис. 63. Зависимость горизонтальных перемещений от
глубины котлованов при расстояниях между ними:
1 — 1,4 м; 2 — 1 м; 3 — 0,8 м.
Выполненные исследования в различных грунтовых условиях
показали, что горизонтальные в стороны от оси котлована и вер-
тикальные вверх перемещения поверхности грунта вокруг котло-
вана зависят в основном от глубины котлованов и расстояния
между ними (рис. 63). Максимальные величины горизонтальных
перемещений наблюдаются непосредственно у стенки котлова-
на, а вертикальные — на некотором удалении от нее. По мере
уменьшения расстояния между отдельными котлованами вели-
чины перемещений возрастают. Одновременно с увеличением го-
ризонтальных перемещений происходит разуплотнение верхнего
слоя грунта, сопровождающееся при горизонтальных перемеще-
ниях свыше 20 см появлением в нем трещин.
Развитие вертикальных и, главным образом, горизонтальных
перемещений на участках грунта, расположенных между отдель-
163
ними котлованами, происходит вследствие отсутствия достаточ-
ного отпора грунта со стороны близрасположенного котлована.
На интенсивность развития вертикальных и горизонтальных
перемещений существенно влияют физико-механические харак-
теристики грунтов, энергия удара, форма и размеры трамбовки.
При повышении объемной массы скелета, влажности выше опти-
мальной, структурной прочности грунта, энергии удара, площа-
ди трамбовки и, в особенности, ее ширины вертикальные и гори-
зонтальные перемещения поверхности грунта вокруг котлованов
возрастают.
С учетом допущения горизонтальных перемещений до 10 см
и сохранения правильной формы котлованов по данным выпол-
ненных исследований минимальные расстояния поверху между
котлованами равняются 0,4—0,8 &сР.
При вытрамбовывании котлованов с промежуточными рассто-
яниями не более 1,2 &ср происходит смыкание зон достаточного
уплотнения (см. рис. 57, в). При этом зоны достаточного уплот-
нения и зоны распространения уплотнения сохраняют обычную
форму в виде усеченного эллипсоида, которая наблюдается у
одиночных котлованов.
Результаты исследований по созданию уширений в нижней
части котлованов, изучению форм и размеров щебеночной по-
душки, образующейся ниже дна котлованов, показали: с увели-
чением объема щебня увеличиваются размеры по глубине и в
плане щебеночной подушки;
в насыпных грунтах рыхлого сложения глубина котлованов
при одинаковых объемах засыпки незначительно влияет на фор-
му и размеры уширения котлованов и щебеночной подушки;
при втрамбовании щебня в грунт значительно повышаются
объемная масса скелета грунта, а также диаметр и глубина уп-
лотненной зоны под котлованами.
Исследования осадок ленточных прерывистых фундаментов
выполнялись путем испытания опытных фундаментов в натураль-
ную величину статической нагрузкой в различных районах
СССР. Ниже приводятся результаты одного из испытаний в на-
сыпных грунтах, состоящих из однородных лессовых суглинков
толщиной 7 м. Фрагмент ленточного прерывистого фундамента
состоял из трех фундаментов размером в плане понизу 0,9X0,9 м,
поверху 1,1 X 1,1 м и глубиной 0,9—1,0 м. Расстояния между
фундаментами поверху 1 м. Каждый фундамент загружали раз-
дельно. Для сопоставления результатов одновременно испытыва-
ли таких же размеров отдельно стоящий фундамент. Осадки
фрагмента ленточного фундамента за счет взаимного влияния
одного на другой (кривые 1—3 рис. 64) оказываются в 1,3—
1,8 раза больше осадок отдельно стоящего фундамента (кривая
4 рис. 64). После наступления предела пропорциональности за
счет взаимного влияния осадки увеличиваются более интенсивно
по сравнению с осадками отдельно стоящего фундамента.
164
По результатам испытаний одиночного фундамента модули
деформации грунта в основании вытрамбованного котлована
в водонасыщенном состоянии при давлениях 0,24; 0,48 и 0,6 МПа
соответственно равняются 28,5; 17,2 и 7,5 МПа. Эти данные по-
казывают, что при вытрамбовывании котлованов в насыпных
грунтах, состоящих из лессовидных суглинков, давление по по-
Рис. 64. График зависимости осадок ленточных преры-
вистых фундаментов в вытрамбованных котлованах от
нагрузки.
дошве отдельно стоящих фундаментов в отношении исключения
повышенных осадок следует принимать не более 0,45 МПа. Мо-
дули деформации грунтов под фундаментами (см. рис. 64, кри-
вые 1—3), входящими во фрагмент ленточного прерывистого
фундамента, при этих же давлениях на грунт оказываются соот-
ветственно равными 14,5—11,5 МПа.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Проект фундаментов в вытрамбованных котлованах разраба-
тывается на основе материалов инженерно-геологических изы-
сканий, планов, размеров зданий, нагрузок на фундаменты
и должен содержать:
—	план отрывки котлована под здание или сооружение;
—	размеры в плане и глубину вытрамбованных котлованов;
—	размеры, высоту сбрасывания трамбовок;
—	влажность грунтов, а при необходимости повышения ее до
оптимального значения — требуемое количество воды;
—	ориентировочные размеры уплотненной зоны;
—	минимально допустимые расстояния между котлованами;
—	размеры уширений в основании, объем жесткого материа-
ла, втрамбовываемого в дно котлована;
—	расчетное значение прочностных характеристик и модуля
деформации уплотненных грунтов, величину расчетного дав-
ления;
—	требования по технологии производства, контролю качест-
ва работ.
Котлован под здание или сооружение отрывается до отметки
основания пола, с которой должны вытрамбовываться отдельные
котлованы со срезкой растительного и насыпного грунтов при
содержании растительных остатков более 0,05 по весу.
При уклонах местности планировка дна котлована выполня-
ется путем подсыпки местного глинистого грунта оптимальной
165
влажности с уплотнением его до объемной массы скелета 1,55—
1,6 т/м3. Толщина подсыпки не должна превышать величины
Лпод 5=3 Лк 4~ 1,5Ьср 4“ ЛуШ*	(U4)
где hK — глубина вытрамбовывания котлована; 6С0 — ширина
вытрамбованного котлована в среднем сечении; Луш—толщина
уширения из жесткого материала.
Фундаменты в вытрамбованных котлованах в плане для кар-
касных зданий располагаются в соответствии с планом колонн,
исходя из того, чтобы под каждую колонну вытрамбовывался
Рис. 65. Фундамент в вытрамбованном котловане в
два следа у осадочного шва.
отдельный фундамент, а под спаренные колонны у деформаци-
онных швов — в два следа (рис. 65).
В бескаркасных зданиях фундаменты в вытрамбованных кот-
лованах располагаются по осям стен на расстояниях, определяе-
мых исходя из нагрузок на фундаменты, планов расположения
стен, длины фундаментных балок, прочности панелей техничес-
кого подполья, возможности вытрамбовывания близко располо-
женных котлованов.
При расстояниях в свету поверху между фундаментами
Омин , они рассматриваются как отдельно стоящие, а при
пмин <26ср , как ленточные прерывистые. Минимально допусти-
мые расстояния в свету поверху между отдельными котлованами
ленточных прерывистых фундаментов принимают равными: при
последовательном вытрамбовывании котлованов в один этап
Ямин = 0,8 Ьср , при вытрамбовывайии котлованов и бетонирова-
нии фундаментов в два этапа, т. е. через один фундамент
«мин =0,5 Ьср . Минимальное расстояние в осях между фундамен-
тами в вытрамбованных котлованах с уширенным основанием
должны быть не менее 3 Ьср .
Глубина вытрамбованных котлованов принимается исходя из
необходимой глубины заложения фундаментов, а также связи их
с каналами, приямками, коммуникациями.
Форма трамбовок в плане при вытрамбовывании котлованов
под обычные фундаменты принимается квадратной, прямоуголь-
ной или круглой с плоским или заостренным основанием. Уклон
боковых стенок трамбовок принимается в пределах 1 : 15— 1 : 5.
Для вытрамбовывания котлованов под фундаменты с уширенным
основанием принимаются трамбовки квадратной, шестигранной
или круглой формы в плане с углом заострения нижнего конца
60—90°. При необходимости восприятия значительных горизон-
тальных нагрузок, а также увеличения опорной площади верхняя
часть трамбовки уширяется путем устройства раструба.
166

Вес трамбовки назначается исходя из того, чтобы удельное
статическое давление по основанию трамбовки было не менее
0,03 МПа для обычных (без уширения основания) и 0,05 МПа
для фундаментов с уширенным основанием.
Вытрамбовывание котлованов должно производиться при оп-
тимальной или близкой к ней влажности грунта. Ориентировоч-
ное значение оптимальной влажности WQ для глинистых грунтов
принимается Wo=№p (0,01—0,03), где Wp —влажность на гра-
нице раскатывания, а необходимое количество воды для получе-
ния оптимальной влажности грунта под каждый котлован опре-
деляется по формуле (138).
Фундаменты в вытрамбованных котлованах рассчитывают по
двум предельным состояниям:
первое: по несущей способности фундаментов бетонных и же-
лезобетонных элементов; по несущей способности грунта под
фундаментами в вытрамбованных котлованах с уширенным ос-
нованием; по устойчивости в случаях, когда на фундаменты пе-
редаются горизонтальные нагрузки, превышающие верти-
кальные;
второе: по осадкам грунтов в основании; по горизонтальным
перемещениям и углу поворота фундаментов от действия гори-
зонтальных сил и моментов.
Фундаменты в вытрамбованных котлованах с уширенным ос-
нованием по несущей способности грунтов рассчитываются по
формуле
<145)
где N — расчетная вертикальная нагрузка, передаваемая на фун-
дамент; Ф — расчетная несущая способность грунта в основании,
называемая в дальнейшем «несущей способностью фундамента»,
kK — коэффициент надежности, принимаемой равным при опре-
делении несущей способности фундаментов расчетом 1,4, а по
данным статических испытаний опытных фундаментов 1.
При расчете столбчатых и ленточных прерывистых фундамен-
тов в вытрамбованных котлованах краевые давления под подош-
вой фундаментов при условии, что рмакс 1,2 T?(i,2) и рмнн >0,
определяются по формуле (рис. 66)
N+G ХМ-О.ЪдЬ^
Рмакс —	—----+-------------,	(146)
мин	г	W
где N — сумма вертикальных нагрузок, действующих на фунда-
мент; G — собственный вес фундамента; F — площадь фунда-
мента в среднем сечении на глубине 0,5 hK; 'EM— сумма момен-
тов сил относительно подошвы фундамента; q — реактивный от-
пор грунта; Ьср — средняя ширина фундамента в сечении на глу-
бине 0,5	, hK — глубина вытрамбованного котлована; W — мо-
мент сопротивления среднего сечения фундамента на глубине
0,5 hK ;	— расчетное давление на основания.
167
Реактивный отпор грунта по уплотненным боковым стенкам
вытрамбованных котлованов при применении монолитных фун-
даментов и бетонировании их враспор на основе эксперименталь-
ных исследований
q — a + bp,	(147)
где а=60 кН/м2; 6=0,4; р— среднее давление в сечении фунда-
мента на глубине 0,5 /iK.
За расчетное давление на
основание фундамента в вы-
трамбованном котловане при-
нимается минимальное значе-
ние давления, полученное ис-
ходя из:
расчетного давления на уп-
лотненный грунт R\, определяе-
Рис. 67. Фрагмент плана расположе-
ния фундаментов в вытрамбованных
котлованах под девятиэтажный круп-
нопанельный дом серии 83.
1—3 — соответственно фундаменты на на-
грузку 800—1200, 400—800 и менее 400 кН;
4 — местные ростверки.
мого по СНиП 11-15-74 с ис-
пользованием прочностных ха-
рактеристик фп и Сц уплотнен-
ных грунтов в водонасыщенном
состоянии;
Рис. 66. Схема к расчету столбча-
того фундамента в вытрамбован-
ном котловане:
1 — фундамент; 2 — граница уплотнен-
ной зоны.
расчетного давления определяемого исходя из давления на
подстилающий уплотненную зону просадочный грунт естествен-
ного сложения или другой слой грунта по формуле (88), в кото-
рой начальное просадочное давление рПр принимается с коэффи-
циентом й==1,5 при определении рПр по результатам компресси-
онных исследований и k= 1,2 по штамповым испытаниям.
Фундаменты в вытрамбованных котлованах с уширенным ос-
нованием рассчитывают с учетом того, что при втрамбовывании
168
жесткого материала в дно вытрамбованного котлована создает-
ся уширение (рис. 57), имеющее форму шара с радиусом гуш
(ниже дна вытрамбованного котлована залегают песчаные
грунты с 7СК ^1,50 т/м3 или глинистые с уск ^>1,6 т/м3), или
эллипсоида вращения с соотношением полуосей hyui/ryui = 1,4—1,8.
Радиус уширения оснований
ryai = kVV^,	(148)
где k — коэффициент, учитывающий формулу уширения и при-
нимаемый равным для шара 0,62; эллипсоида 0,53; Ущ — объем
втрамбованного жесткого материала в дно котлована.
Радиус уплотненной зоны
гУпл = 0,95гуш 1/ Тскупл  ,	(149)
Г 7ск упл 7ск
где уСк — среднее значение объемной массы скелета грунта в
природном состоянии; уСкупл —среднее значение объемной мас-
сы скелета уплотненного грунта.
Несущая способность фундамента в вытрамбованном котло-
ване с уширенным основанием на вертикальную нагрузку опре-
деляется для случая полного замачивания просадочного грунта
в основании как наименьшее из значений, полученных из следую-
щих трех условий:
несущей способности жесткого материала Фь
несущей способности уплотненного грунта Ф2;
несущей способности подстилающего грунта Ф3.
Несущая способность фундамента, исходя из несущей способ-
ности жесткого материала, втрамбованного в дно котлована,
(150)
где т — коэффициент условий работы фундамента, принимаемый
равным 1; 7?м—расчетное сопротивление жесткого материала,
принимаемое равным для щебня, гравия 10 000 кН/м2, крупно-
го песка 5000 кН/м2; — площадь нижнего сечения фундамента.
Несущая способность фундамента по несущей способности
уплотненного слоя
02 = /n[/nfl/?yFyiu + hKU'9(Jtmf + iEIK9)]t (151)
где т% — коэффициент условий работы уплотненного грунта
/И/? = 1; /?у — расчетное сопротивление уплотненного грунта под
вытрамбовыванным в дно котлована жестким материалом, опре-
деляемое по табл. 6; Fyui—площадь поперечного сечения уши-
ренного основания; hK — высота наклонной части фундамента,
находящейся в грунте; ис? — периметр поперечного сечения фун-
дамента в его средней части; ft — расчетное сопротивление грун-
та по боковой поверхности наклонной части, принимаемое по
табл. 7; т? — коэффициент условий работы грунта по боковой
поверхности фундамента, принимаемый равным ту =0,8; i — ук-
169
лон боковых стенок фундамента в долях единицы (при 0,025
следует принимать i = 0,025); Е — модуль деформации верхнего
слоя грунта, залегающего в пределах наклонной части фундамен-
та, определяемый по результатам компрессионных испытаний
грунта в водонасыщенном состоянии; k' — коэффициент условий
работы, принимаемый равным 0,5;	— реологический коэффи-
циент, принимаемый равным 0,8.
Таблица 6
Глубина от поверхности до низа уши- ренного осно- вания, м	Расчетное сопротивление уплотненного грунта /?v, кН/м2, при показа-						
	теле консистенции I				, равном		
	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0.5	0,6
2,0	6500	2900	2000	1400	900	700	500
2,5	7000	3500	2500	1750	1100	900	550
3,0	7500	4000	3000	2000	1200	1100	600
3,5	7900	4500	3400	2250	1400	1150	650
4,0	8300	5100	3800	2500	1600	1250	700
5,0	8800	6200	4000	2800	2000	1300	800
Расчетное сопротивление по боковой поверхности fx-, кН/м2, при
показателе консистенции
Таблица 7
Глубина вы-
трамбовыва-
ния, м
1,5	35	23	15	12	8
2,0	42	30	21	17	12
2,5	45	32	23	19	13
3,0	48	34	25	20 ‘	14
3,5	50	36	26	21	15
4,0	52	38	27	22	16
Несущая способность фундамента Ф3 на вертикальную на-
грузку по несущей способности подстилаемого слоя определяется
по формуле
Ф3 = т \ntRR2F^ + hk wcp (fi tnf + iEk\) ],	(152)
где tnR — коэффициент условий работы, принимаемый при
глубине котлованов 2; 2,5; 3; 3,5 м соответственно равным 1; 1,2;
1,4 и 1,6; /?2—расчетное сопротивление подстилающего слоя
грунта; ГуПл — площадь поперечного сечения уплотненной зо-
ны.
Несущая способность уплотненных грунтов под фундамента-
ми и вокруг них в вытрамбованных котлованах с^уширенным ос*
170
кованием на горизонтальные нагрузки и моменты определяется
по формуле
+	(153)
где kq—коэффициент условий работы, принимаемый равным
0,8; g — реактивный отпор грунта, определяемый по формуле
(147); &ср — средняя ширина фундамента на глубине 0,5 йк ;
— высота фундамента, без учета заостренной части; SQ —
сумма горизонтальных сил, т. е. сил, действующих на фундамент
по рассматриваемой оси; SAf — сумма моментов, действующих
на фундамент по рассматриваемой оси.
ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ
Устройство фундаментов в вытрамбованных котлованах осу-
ществляется по технологическим схемам производства работ,
включающим: проведение опытных работ; отрывку котлована
с доувлажнением грунта в необходимых случаях; вытрамбовыва-
ние котлованов под фундаменты, втрамбовывание жесткого грун-
тового материала; приемку и подготовку котлованов для устрой-
ства фундаментов и возведение фундаментов.
Опытные работы включают два основных этапа: отработку
технологии вытрамбовывания котлованов, втрамбовывание в дно
их жесткого материала и изучение эффективности применения
фундаментов в вытрамбованных котлованах. На первом этапе
опытных работ определяют:
среднее количество ударов трамбовки, и оптимальную высоту
сбрасывания для вытрамбовывания котлованов;
для фундаментов с уширенным основанием количество и объ-
ем засыпки жесткого материала, а также необходимое число уда-
ров для втрамбовывания каждой порции засыпки;
для ленточных прерывистых фундаментов — минимально до-
пустимое расстояние между двумя соседними котлованами при'
различной глубине вытрамбовывания.
На втором этапе определяют объемную массу скелета, влаж-
ность, прочностные характеристики (рис уплотненного грунта,
размеры уплотненной зоны вокруг вытрамбованного котлована,
а также размеры уширенного основания при втрамбовывании в
дно жесткого материала. Кроме этого, в необходимых случаях
проводятся испытания опытных фундаментов на вертикальные
и горизонтальные нагрузки и определение модулей деформации
уплотненных и неуплотненных просадочных грунтов штампами.
Испытания опытных фундаментов вертикальными и горизон-
тальными статическими нагрузками производятся, как правило,
для новых районов, в которых впервые начинается применение
фундаментов в вытрамбованных котлованах; новых конструкций
фундаментов в вытрамбованных котлованах, новых конструктив-
ных схем зданий.
171
Котлованы под здания для устройства нулевого цикла отры-
ваются до отметки основания пола с подсыпкой в пониженных
местах рельефа местного глинистого грунта и уплотнением до
объемной массы скелета 1,55—1,6 т/м3.
Вытрамбовывание производится вдоль осей здания отдельны-
ми участками сразу на всю глубину котлована. При расстояни-
ях в свету между отдельными фундаментами менее 0,8 6СР (6ср —
ширина трамбовки в среднем сечении) котлованы вытрамбовы-
ваются через один фундамент. Вытрамбовывание котлованов под
пропущенные фундаменты производится не менее чем через 7
суток после бетонирования фундаментов в. ранее вытрамбован-
ных котлованах.
Котлованы вытрамбовываются путем последовательного
сбрасывания трамбовки по направляющей штанге с высоты 3—
8 м. При этом высота сбрасывания трамбовки назначается из
расчета, чтобы величина погружения трамбовки за один удар
не превышала 0,15 глубины котлована, исключалось засасывание
трамбовки, обеспечивалась сохранность стенок котлована и т. п.
Втрамбовывание жесткого материала в дно котлована про-
изводится, как правило, сразу же после его вытрамбовывания
без изменения положения механизма и направляющей штанги.
При последовательном выполнении работ особое внимание обра-
щается на точность установки направляющей штанги и трамбов-
ки в их первоначальное положение.
Засыпка и втрамбовывание жесткого материала в вытрамбо-
ванный котлован производится отдельными порциями из расчета
заполнения котлована на 0,6—1,2 м по высоте и выполняется при
поднятой трамбовке мерными емкостями (например, ковшом ав-
топогрузчика). Каждая порция материала засыпается после
втрамбовывания предыдущей до проектной глубины котлована
или отметки, указанной в проекте.
Смещение центров вытрамбованных котлованов от проект-
ного положения не должно превышать 0,1 его ширины поверху,
а при наличии стакана для установки колонны 0,05. При невы-
полнении этих условий перед сдачей котлованов производится
соответствующая подрезка боковых стенок котлована вручную
с удалением или доуплотнением осыпающегося грунта на дно
котлована.
Фундаменты устраивают сразу после приемки вытрамбован-
ных котлованов. Устройство их начинается с установки и закреп-
ления арматурных сеток (каркасов), а также опалубки высту-
пающих частей гнезд и закладных деталей фундаментов.
Бетонирование фундаментов производится «враспор» бетоном
марки 200 или 150 до заранее установленных отметок на стенках
котлована, опалубки стакана или специально устанавливаемых
п р испосо бл ен иях.
Во избежание засорения бетона грунтом подачу его в котло-
ван целесообразно осуществлять по легким наклонным лоткам,
172
*
передвигаемым с одного котлована на другой. Бетонируют фун-
даменты на всю высоту до проектной отметки верха. Допуски
и отклонения верхних поверхностей фундаментов от проектной
отметки не должны превышать ±10 мм.
Вытрамбовывание котлованов в зимнее время должно произ-
водиться при талом состоянии грунта. При промерзании грунта
на глубину более 30 см перед началом работ по вытрамбовыва-
нию котлованов производится его оттаивание на всю толщину
мерзлого слоя.
Перед вытрамбовыванием котлованов снег и лед с поверхнос-
ти грунта в местах их расположения удаляют. В процессе произ-
водства работ по вытрамбовыванию котлованов, втрамбовыва-
нию жесткого материала в дно котлована, а также бетонирова-
нию фундаментов не допускается попадание в котлован комьев
снега, льда, мерзлого грунта.
Втрамбовывание жесткого материала в дно котлована в зим-
них условиях должно производиться только при талом состоянии
грунта на дне котлована сразу после его вытрамбовывания.
Жесткий материал, используемый для создания уширенного ос-
нования, должен находиться в талом или сыпучем состоянии.
После вытрамбовывания до проектной отметки и втрамбовы-
вания жесткого материала котлованы должны закрываться утеп-
ленными крышками, с тем чтобы сохранить талое состояние грун-
та на цне и стенах котлованов до бетонирования фундаментов.
ОПЫТ УСТРОЙСТВА
Наиболее массовое применение фундаменты в вытрамбован-
ных котлованах получили при строительстве в городе Набереж-
ные Челны. Для каркасных зданий (детсадов, магазинов, комби-
натов бытового обслуживания) в основном применяются столб-
чатые фундаменты с плоской подошвой, а для жилых пяти- и
девятиэтажных крупнопанельных зданий с уширенным основа-
нием.
Фундаменты в вытрамбованных котлованах для каркасных
зданий в плане квадратной формы с шириной понизу 0,9—1,2 м,
поверху 1,2—1,4 м и высотой 0,8—1,4 м. Размеры их назначали
исходя из расчетного давления на уплотненный грунт основания
по среднему сечению 0,45—0,55 МПа. Для установки
колонн в фундаментах выполняли стаканы соответствующих
размеров.
Для жилых крупнопанельных пяти- и девятиэтажных домов
фундаменты в вытрамбованных котлованах располагают по
осям несущих стен и обязательно в местах их пересечения и из-
ломов (см. рис. 67). Цокольные панели технического подполья,
как правило, опираются непосредственно на фундаменты и лишь
в отдельных местах при недостаточной прочности панелей выпол-
нялись ростверки. Размеры фундаментов по верху назначались
173
с учетом опирания на них трех-четырех панелей, для чего от-
дельные фундаменты выполнялись с уширенной верхней частью.
Для пятиэтажных крупнопанельных домов серии 464 БНЧ
фундаменты в вытрамбованных котлованах располагают по
5 шт. на каждую поперечную ось с нагрузкой до 950 кН.
Размеры фундаментов для пяти- и девятиэтажных крупнопа-
нельных зданий унифицированы с учетом действующих на них
нагрузок, создания необходимых площадей опирания панелей та-
ким образом, чтобы обеспечить возможность вытрамбовывания
всех котлованов одной трамбовкой (рис. 68). С использованием
Рис. 68. Основной тип трам-
бовки для вытрамбовывания
котлованов под пяти- и де-
вятиэтажные крупнопанель-
ные жилые дома в городе
Набережные Челны.
этой трамбовки котлованы под фундаменты с нагрузкой 800—
1200 кН вытрамбовывались на глубину 2,5 м, а под нагрузки до
400 кН — на 1,5 м. Для отдельных фундаментов с необходимой
площадью их в верхней части F—1,1 м2 вытрамбовывание котло-
ванов осуществлялось на глубину 3,0 м.
В целях повышения несущей способности фундаментов в вы-
трамбованных котлованах путем создания уширенного основа-
ния в дно их втрамбовывался щебень прочных каменных пород:
для фундаментов с нагрузками 800—1200 кН—1,2 м3, 400—
800 кН — 0,6 м3.
До начала широкого применения фундаментов в вытрамбо-
ванных котлованах был выполнен комплекс научно-исследова-
тельских и опытных работ, которые показали, что для вытрам-
бовывания котлованов под фундаменты с плоской подошвой
(без уширения основания) трамбовкой площадью 0,8—1,2 м2 на
глубину 1—1,2 м требуется 10—16 ударов. Вытрамбовывание
котлованов под фундаменты с уширенным основанием на глуби-
ну 2,5 м трамбовкой (см. рис. 68) обеспечивалось при 8—12 уда-
рах, а втрамбовывание каждой порции щебня объемом 0,5—
0,6 м3 за 5—7 ударов.
Массовое применение фундаментов в вытрамбованных котло-
ванах в городе Набережные Челны началось при строительстве
пяти- и девятиэтажных крупнопанельных жилых домов на терри-
тории, сложенной переслаивающейся толщей из отдельных слоев
толщиной 0,5—5 м суглинков, супесей, мелких пылеватых песков.
Была разработана технология вытрамбовывания котлованов
в этих грунтовых условиях.
174
Особенность разработанной технологии вытрамбовывания кот-
лованов в песчаных грунтах состоит в том, что на подготовленной
поверхности вначале отсыпаются слои суглинков с оптимальной
влажностью и щебня толщиной по 20—40 см, через которые про-
изводят вытрамбовывание на глубину до 1,5 м. В процессе
вытрамбовывания суглинок и щебень перемешиваются и по стен-
кам вытрамбованного котлована создается оболочка из щебеноч-
но-суглинистого грунта, обеспечивающая заданную форму котло-
вана и устойчивость стенок его от обрушения. По мере вытрам-
бовывания котлована и уменьшения толщины оболочки из ще-
беночно-глинистого грунта в котлован через каждый 0,6—1,0 м
подсыпают слои суглинка и щебня той же толщины. После вы-
трамбовывания котлована на заданную глубину для создания
уширенного основания производят втрамбовывание в дно его
щебня отдельными порциями по 0,4—0,6 м3.
Фундаменты под жилые дома бетонируют без опалубки в рас-
пор со стенками вытрамбованного котлована путем заливки
пластичного бетона из автобетоновозов.
В процессе бетонирования в верхней части фундаментов уста-
навливают две арматурные сетки диаметром 6 мм с ячейками по
20 см.
Контроль качества и приемка работ по вытрамбовыванию
котлованов производили по глубине вытрамбованных котлова-
нов, объему втрамбованного в дно котлованов щебня, исполни-
тельной схеме их расположения в плане и по высоте.
При производстве работ в зимнее время оттаивают промерз-
ший слой грунта на всю его высоту электропрогревом на площа-
ди, в 2—3 раза превышающей площадь фундамента поверху.
Фундаменты бетонируют сразу после вытрамбовывания котлова-
нов и втрамбовывания в дно их щебня с электропрогревом све-
жеуложенного бетона.
В процессе строительства и эксплуатации более 40 зданий,
характеризующихся различными конструкциями, схемами, этаж-
ностью, видами оснований и конструкций фундаментов, выполня-
лись систематические геодезические наблюдения за осадками
фундаментов. Полученные результаты наблюдений позволили
установить что:
осадки двух-трех этажей каркасных зданий детсадов и школ,
возведенных с применением обычных столбчатых фундаментов
на уплотненных тяжелыми трамбовками просадочных грунтах,
изменяются от 10 до 20 мм;
осадки пятиэтажных крупнопанельных жилых домов серии
1-464 БНЧ, возведенных на уплотненных тяжелыми трамбовками
просадочных грунтах с применением ленточных фундаментов,
составляют 25—35 мм;
осадки пяти и девятиэтажных крупнопанельных зданий серии
1—464 ДНЧ и 83 на фундаментах и вытрамбованных котлованах
изменяются от 12 мм до 40 мм;
175
осадки девяти — шестнадцатиэтажных жилых домов на свай-
ных фундаментах из забивных и буронабивных свай длиной 10—
16 м 10—80 мм;
осадки всех зданий в 1,5—5 раз меньше предельно допусти-
мых.
Несмотря на случаи замачивания просадочных грунтов, ни в
одном здании не наблюдается недопустимых деформаций
и трещин в стенках.
Таблица 8
Фундаменты	Сметная стоимость	
	блок-секция, тыс. руб.	1 м2, руб.
Девятиэтажные дома серии Свайные из забивных свай сечением 30X30 см, /==10 м » из буронабивных, /=10—12 м (без рост- верков) Ленточные на уплотненных в два слоя просадоч- ных грунтах В вытрамбованных котлованах с уширенным осно- ванием	83 21,1 16,5 7,4 3,8	10,3 8,06 3,61 2,2
Пятиэтажные дома серии 1-464 БИЧ
Ленточные на уплотненных тяжелыми трамбовка- ми грунтах Свайные из забивных свай, /=8 м	4,54 11,45	3,48 8,8
В вытрамбованных котлованах без уширения	2,06	1,58
Для оценки технико-экономической эффективности методов
уплотнения просадочных грунтов по разработанным проектам
была проанализирована сметная стоимость различных применен-
ных вариантов оснований и фундаментов для блок-секций пяти-
и девятиэтажных крупнопанельных зданий, а также сметная сто-
имость фундаментов на 1 м2 площади (табл. 8).
Для девятиэтажных крупнопанельных зданий применение
двухслойного уплотнения по сравнению со свайными фундамен-
тами из забивных свай обеспечивает снижение стоимости в 2,85
раза, а фундаментов в вытрамбованных котлованах с уширен-
ным основанием в 5,5. Для пятиэтажных крупнопанельных домов
применение уплотнения тяжелыми трамбовками по сравнению
со свайными фундаментами позволяет снизить стоимость устрой-
ства фундаментов в 2,52 раза, а устройство фундаментов в вы-
трамбованных котлованах в 5, 5 раза.
Фундаменты в вытрамбованных котлованах в 1979 г. были
выполнены при строительстве пяти- и девятиэтажных зданий
общей полезной площадью около 186,1 тыс. м3, что позволило
снизить стоимость на 771,2 тыс. руб. в год.
176
Глава XII. УПЛОТНЕНИЕ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ЗАМАЧИВАНИЕМ
ОСОБЕННОСТИ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА
Уплотнение просадочных лессовых грунтов предварительным
замачиванием основывается на учете способности их при зама-
чивании самоуплотняться под действием собственного веса грун-
та. Уплотнение просадочных грунтов от собственного веса про-
исходит в результате снижения прочности грунтов при увлажне-
нии и проявляется с некоторой глубины, на которой напряжения
от собственного веса водонасыщенного грунта превышают вели-
чину начального просадочного давления. Вследствие этого пред-
варительное замачивание обеспечивает уплотнение просадоч-
ных грунтов только в пределах их нижней толщи, а верхние слои
грунта остаются неуплотненными [41, 44].
Просадки грунтов от собственного веса, в том числе горизон-
тальные перемещения в процессе уплотнения их предваритель-
ным замачиванием, проявляются в полном соответствии с зако-
номерностями развития просадочных деформаций.
В результате уплотнения просадочных грунтов предваритель-
ным замачиванием происходит повышение объемной массы ске-
лета грунтов в нижних слоях до состояния, соответствующего на-
пряженному состоянию от собственного веса грунта (рис. 69).
Существенно повышается объемная масса скелета (0,15—
0,2 т/м3) с глубины 6—9 м, начиная с которой наблюдается про-
садка грунта от собственного веса. Повышение уск в верхних
слоях на 0,02—0,05 т/м3 происходит под вли-	5
янием горизонтальных перемещений, развива-
ющихся при просадке грунтов от собственно- г —-----------
го веса.	4 —--------
Одновременно с увеличением степени плот- в —Q \ 
ности грунтов при предварительном замачи- в —------------
вании повышаются их прочностные характе- ю	—
ристики и снижается сжимаемость.	72 ^-^г-
14
16
Рис. 69. Изменение объемной массы скелета грунта по
глубине на опытных участках ЮТМЗ в Никополе:
1 — в естественном сложении (до замачивания); 2 и 3 — после
предварительного замачивания на первом и втором участках. 22

После окончания предварительного замачивания и стабилиза-
ции просадки устанавливается равновесие между действующим
давлением в массиве грунта, его прочностными и деформацион-
ными характеристиками в водонасыщенном состоянии. Но с уве-
личением давления, например от нагрузки фундаментов, это рав-
новесие нарушается и в зоне развития дополнительных напряже-
177
ний происходят дальнейшее уплотнение и просадка грунта. По-
этому при передаче на массив уплотненного грунта допонитель-
ных давлений от веса возводимых сооружений уплотнение
просадочных грунтов предварительным замачиванием должно
комбинироваться с другими методами, позволяющими устранить
просадочные свойства грунтов в пределах деформируемой зоны
от нагрузки фундаментов.
Для полного устранения просадочных свойств грунтов пред-
варительное замачивание применяется в комбинации с другими
методами, например с уплотнением тяжелыми трамбовками, уст-
ройством грунтовых подушек и др.
Уплотнение просадочных грунтов предварительным замачи-
ванием сопровождается водонасыщением массива грунта и про-
явлением просадки в пределах замачиваемого участка и на ок-
ружающей его территории. В связи с этим данный метод наиболее
целесообразно применять на вновь застраиваемых площадях.
При применении предварительного замачивания в застроенных
районах должны выполняться мероприятия по исключению зама-
чивания грунтов в основании существующих зданий.
В отношении грунтовых ^условий уплотнение просадочных
грунтов предварительным замачиванием целесообразно приме-
нять при возможных просадках грунтов от собственного веса бо-
лее 15—30 см, залегании сверху супесей и легких суглинков, от-
сутствии водоупорных слоев в пределах уплотняемой толщи, на-
личии в нижней части ее дренирующих слоев, обеспечивающих'
быстрый отток свободной воды.
В зависимости от конструкций проектируемых зданий и соору-
жений уплотнение просадочных грунтов предварительным зама-
чиванием рекомендуется применять для относительно нетяжелых
зданий, когда можно сравнительно простыми методами доуплот-
нить грунт в пределах большой части деформируемой зоны от
нагрузки фундаментов.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ УПЛОТНЕНИЯ
Эффективность уплотнения просадочных грунтов предвари-
тельным замачиванием прежде всего определяется временем
промачивания всей просадочной толщи и созданием наиболее оп-
тимальных условий для самоуплотнения грунтов. Наиболее суще-
ственно ускоряются промачивание грунтов и стабилизация проса-
дочных деформаций при устройстве дренажных скважин. Бла-
годаря наличию дренажных скважин, заполненных дренирующим
материалом (средним, крупным песком, гравием, щебнем и т. п.)
и расположенных на расстояниях (10—25) d (d — диаметр сква-
жин), достигается достаточно равномерное и более интенсивное
промачивание грунтов, сокращается зона растекания воды
в стороны, обеспечивается возможность выхода через них воз-
духа из толщи грунта при выжимании его водой, снижается воз-
178
можность переувлажнения грунта до полного водонасыщении;
ускоряется отток из грунта свободной воды после прекращения
замачивания и, тем самым, снижается влажность грунтов, осо-
бенно в верхней части замачиваемой толщи. Все это способству-
ет созданию наиболее благоприятных условий для самоуплотне-
ния просадочных грунтов от их собственного веса. По данным
выполненных исследований и опыта применения предваритель-
ного замачивания, устройство дренажных скважин сокращает
время промачивания толщи грунта в 1,3—1,6 раза, приводит к
увеличению просадок грунтов в 1,1—1,4 раза и ускоряет сниже-
ние влажности в верхней части после прекращения замачивания..
В процессе длительного и непрерывного замачивания грунтов
на поверхности котлована образуется глинистая прослойка тол-
щиной до 1—3 см, которая в значительной мере снижает инфиль-
трацию воды. Достаточно эффективным мероприятием по сниже-
нию кольматации дна котлована при отсутствии дренажных
скважин является устройство дренирующего слоя толщиной 6—
10 см из песчаного грунта. При наличии на дне котлована пес-
чаного слоя в процессе замачивания хотя и происходит заили-
вание его глинистыми частицами, но тем не менее фильтрацион-
ная способность сохраняется достаточно высокой.
Наиболее благоприятные условия проявления просадок грун-
тов от собственного веса создаются в случаях, когда степень
влажности их повышается до 0,75—0,85. При этой степени
Рис. 70. График просадок поверхностных
(П 44) и глубинных марок, установлен-
ных на глубинах Гб, Г9, Г12 и Г15 м,_
во времени:
1—3 — этапы замачивания.
влажности прочностные
и деформационные ха-
рактеристики просадочных
грунтов снижаются до мини-
мально возможных величин,
а частичное заполнение пор
грунта воздухом способству-
ет относительно быстрому
протеканию деформаций уп-
лотнения. В случае полного
заполнения пор грунта во-
дой консолидация водонасы-
щенного грунта связана с от-
жатием избыточной воды и
протекает в более длитель-
ные сроки.
Оптимальные условия для самоуплотнения просадочных
грунтов в процессе предварительного замачивания обеспечива-
ются разрывом сплошного фильтрационного потока путем пере-
рывов в подаче воды, устройства дренажных скважин. В этом
отношении характерен опыт уплотнения просадочных грунтов на
площадке строительства пятиэтажного крупнопанельного жило-
го дома в Запорожье (рис. 70). Предварительное замачивание
выполнялось в котловане размером в плане 16Х 112 м, состоящим
17&
из двух карт, в несколько этапов, причем на каждом из них вода
из-за ее недостатка подавалась с перерывами на 2—3 дня. Про-
садка грунта от собственного веса началась через 10—12 дней
после начала замачивания и достигла максимальной интенсив-
ности развития (7 мм/сутки) к концу первого этапа замачива-
ния. После прекращения 1-го этапа замачивания, когда в котло-
ван было подано около 0,7—0,8 расчетного количества воды,
интенсивность просадок возросла до 9 мм/сутки и происходили
они, в основном, за счет сжатия слоев с глубины 12—15 м при
стекании воды вниз. Повторное замачивание грунтов на втором
и третьем этапах не приводило к повышению интенсивности
развития просадок в процессе замачивания и некоторое повыше-
ние скорости просадок наблюдалось лишь после прекращения
подачи воды, т. е. когда создавались наиболее оптимальные по
степени влажности условйя для самоуплотнения грунтов.
Существенное влияние на эффективность уплотнения проса-
дочных грунтов предварительным замачиванием оказывают пло-
щадь, и главным образом, ширина одновременно замачиваемых
котлованов. За счет взаимодействия увлажненного и неувлаж-
ненного массивов грунта полная просадка грунтов от собствен-
ного веса проявляется только при ширине замачиваемой площа-
ди 6, близкой к величине просадочной толщи Н, в средней части
котлована. Кроме того с уменьшением ширины замачиваемого
котлована (при Ь<Н) снижается интенсивность промачивания
толщи просадочных грунтов, повышается глубина йгр, с которой
проявляется просадка грунта от собственного веса, ее начало.
Значительное повышение эффективности уплотнения проса-
дочных грунтов предварительным замачиванием на небольших
площадях (&<Я) может быть достигнуто путем устройства по
периметру глубинных прорезей или части расположенных сква-
жин по аналогии с описанным в гл. IV ускоренным замачивани-
ем опытных котлованов для определения типа грунтовых условий
по просадочности.
При уплотнении просадочных грунтов предварительным за-
мачиванием необходимо также учитывать зависимость просадок
грунтов от собственного веса, глубины котлованов, приводящей
к разгрузке грунта, снижению возможных просадок и степени
уплотнения грунта. В связи с этим для повышения эффективнос-
ти уплотнения просадочных грунтов предварительным замачива-
нием котлованы для заливки воды целесообразно отрывать ми-
нимальной глубины.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПЛОТНЕНИЯ
Уплотнение просадочных грунтов предварительным замачи-
ванием проектируется с учетом особенностей этого метода, а так-
же характера и закономерностей развития просадок лессовых
грунтов от собственного веса. Исходными материалами для раз-
работки проекта служат:
180
—	результаты инженерно-геологических исследовании грун-
тов на участках расположения проектируемых зданий и соору-
жений;
—	размеры, конструктивные особенности проектируемых зда-
ний и сооружений, а также особенности их эксплуатации;
—	генплан в пределах проектируемых и расположенных по-
близости существующих зданий и сооружений с нанесенными
инженерными коммуникациями.
В проекте уплотнения просадочных грунтов предварительным
замачиванием должны быть указаны: размеры уплотняемой пло-
щади, план планировки котлованов и отдельных карт для зама-
чивания; методика замачивания; глубина и необходимое количе-
ство воды для замачивания; схема прокладки водоводов для за-
мачивания с указанием пунктов подачи воды на каждую карту;
ожидаемые величины просадок грунта по отдельным картам
или по котловану в целом; план расположения и конструкция по-
верхностных и глубинных марок; рекомендации по замачиванию
грунта, включающие ориентировочное время замачивания, ве-
личину условной стабилизации просадки грунта и т. п.; методы
доуплотнения верхнего слоя грунта в пределах деформируемой
зоны от нагрузки фундаментов.
В связи с тем что просадки грунта от собственного веса за-
висят от ширины замачиваемой площади, размеры замачивае-
мых котлованов и отдельных карт должны назначаться такими,
при которых в пределах участка расположения будущего здания
или сооружения практически полностью устраняется просадка
грунта от его собственного веса. Для удовлетворения этого ус-
ловия ширина Ьн и длина 1Л замачиваемых котлованов под зда-
ния принимаются равными
йк-йзд + 0,6Я;	(154)
4 = 4д+^.	(155)
где 6ЗД и !зд — соответственно ширина и длина здания; Н — ве-
личина просадочной толщи.
На вновь осваиваемых территориях, где возможен подъем
уровня грунтовых вод или промачивание всей толщи просадоч-
ных грунтов, предварительное замачивание грунтов производит-
ся в пределах всей застраиваемой площади, т. е. не только под
зданиями, но и под дорогами, коммуникациями, арыками у зда-
ний и т. п.
Котлованы для предварительного замачивания отрываются
ца: глубину 0,4—1,0 м путем снятия растительного слоя. При тол-
щине растительного слоя менее 0,4 м котлован обваловывается
местным грунтом с уплотнением. Высота обваловывания назна-
чается из условия, чтобы вода в котловане была на уровне не
менее 0,3—0,4 мот дна котлована, а ширина из расчета, чтобы
границы распространения воды в стороны от соседних карт сли-
181
вались на глубине выше глубины /гс.в, с которой происходят про*
садки грунтов от собственного веса.
Для удобства производства работ большие котлованы раз-
биваются с помощью перемычек на отдельные карты длиной 50—
100 м и шириной 40—50 м. Планировка отдельных карт и котло-
ванов производится под одну отметку или отдельными терраса-
ми. Для получения более равномерной просадки дно котлованов
в пределах 10—15 м от края планируется с уклоном 0,02—0,03
к наружным сторонам котлована. При одновременном замачива-
нии нескольких карт уклоны делаются только по наружным сто-
ронам карт.
При залегании с поверхности дна котлованов суглинков или
глин в целях сокращения сроков замачивания делают дренажные
скважины диаметром не менее 15 см, засыпанные песком, грави-
ем, мелким химически стойким шлаком и т. п. Скважины выпол-
няются на всю глубину малофильтрующего слоя, не более 0,7 FL
В целях достижения более равномерного уплотнения грунта по»
всему котловану в торцах его скважины располагаются чаще*
а в центре реже.
Замачивают до полного промачивания всей толщи просадоч-
ных грунтов и достижения условной стабилизации просадки.
За условную стабилизацию просадки грунта принимают про-
садку его не менее 1 см в неделю, наблюдаемую в течение по-
следних двух недель.
Необходимое количество воды для замачивания грунта опре-
деляется из условия промачивания всей толщи просадочных
грунтов. При этом предполагается, что:
повышение влажности грунта в результате замачивания в
пределах столба грунта по всей площади котлована происходит
до степени влажности G=0,8;
распространение влажности в стороны от котлована при за-
мачивании с поверхности происходит в лессовых супесях под уг-
лом р==35° к вертикали, в лессовидных суглинках и глинах под
углом р = 50°, и в этих зонах степень влажности грунта после за-
мачивания изменяется от G = 0,8 до естественной.
Необходимое количество воды для замачивания
Q =	+ _М ,	(15б>
\	2 /
где №в — влажность полного водонасыщении; W — природная
влажность грунта; уск —- средневзвешенное значение объемней
массы скелета грунта после просадки; yw— плотность воды, при-
нимаемая равной 1 т/м3; V'i — объем грунта в пределах замачи-
ваемого котлована, равный площади котлована, умноженной на
толщину промачиваемого слоя грунта; — суммарный объем
грунта в пределах зон распространения воды в стороны от зама-
чиваемого котлована.	?
182
Для наблюдения за просадкой грунтов на дне котлована и за
его пределами на расстоянии не менее полуторной толщины про-
садочного слоя устанавливают поверхностные марки по двум-
трем поперечникам через каждые 3—8 м, а в центре карты или
•отдельного котлована куст глубинных марок, которые заклады-
вают через каждые 2—3 м по глубине в пределах всей просадоч-
ной толщи.
В проекте привязки зданий и сооружений на основаниях, уп-
лотненных предварительным замачиванием не до полной стаби-
лизации просадок, должно быть предусмотрено превышение
отметок заложения фундаментов против проектных, равное воз-
можной величине экстраполируемой просадки грунта. Экстрапо-
ляция конвой просадки грунта от действия его собственного веса
во времени выполняется по формуле (18).
ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ
При уплотнении просадочных грунтов предварительным за-
мачиванием на больших площадях последовательно выполняют-
ся работы по подготовке котлованов для замачивания; замачива-
нию грунтов в котлованах; доуплотнению верхнего слоя грунта
в пределах деформируемой зоны от нагрузки фундаментов.
Котлованы или отдельные для замачивания отрывают-
ся с откосами, близкими к век ^Аьным, а обвалование выпол-
няется с откосами 1:1с посло^Дтым уплотнением отсыпаемого
грунта. Дно котлованов и отдельных карт планируется только
за счет срезки грунта. Подсыпка грунта при планировке не до-
пускается, так как она приводит к резкому снижению его фильт-
рационной способности.
При необходимости устройства дренирующего слоя отсыпа-
ет его после завершения планировочных работ и разравнивают
равномерно по всей площади.
Во избежание чрезмерного развития просадочных трещин
предварительное замачивание целесообразно производить одно-
временно на возможно большей площади. При этом желательно
границы между одновременно замачиваемыми площадями наз-
начать за пределами контура расположения зданий и сооруже-
ний. На косогорных территориях предварительное замачивание
целесообразно осуществлять снизу вверх. В этих случаях проса-
дочные трещины в значительной мере закрываются.
В процессе замачивания наблюдают за расходом воды по во-
домеру или по понижению уровня воды за определенный про-
межуток времени, а также за просадкой грунтов по поверхност-
ным и глубинным маркам.
Наблюдения за просадками марок выполняют путем нивели-
рования их от постоянного репера или группы временных репе-
ров, расположенных за пределами зоны развития просадок грун-
та. Перед началом замачивания с особой тщательностью опреде-
183
ляют исходное положение всех поверхностных и глубиных
марок. В процессе замачивания их нивелируют в зависимости
от интенсивности развития просадок через 5—10 дней.
В результате предварительного замачивания должна быть
промочена вся толща просадочных грунтов. Для контроля за гл у-'
биной промачивания в процессе замачивания периодически про-
буривают скважины в пределах котлована или в непосредствен-
ной близости от него с отбором проб грунта на влажность через
1 м по глубине.
Замачивание грунтов прекращается после промачивания не
менее 0,8 толщи просадочных грунтов и достижения условной
стабилизации просадок. За условную стабилизацию просадок
принимается приращение ее не более 1 см в неделю. При этом
учитывается также количество залитой воды на 1 м2 замачивае-
мой площади.
В случаях наличия ниже просадочной толщи уровня грунто-
вых вод или водоупорных слоев во избежание черезмерного пе-
реувлажнения толщи количество залитой воды не должно превы-
шать расчетное.
Предварительное замачивание в зимнее время производится
с сохранением верхнего слоя грунта на дне котлована в талом
состоянии. Для этого высота воды в котлованах должна быть
больше возможной толщины *xV ^'дьда. Кроме того, вода в кот-
лован подается большими с - ,омами из расчета, чтобы высота
столба воды, заливаемой за £угки, превышала среднесуточное
приращение слоя льда.
В целях обеспечения бесперебойной подачи воды в котлован
временные водоводы, задвижки и водомеры в зимнее время
должны соответствующим образом утепляться. Для стока воды
и исключения ее замерзания на выходе участок водовода от за-
движки до котлована должен иметь длину не менее 2 м и уклон
в сторону котлована.
Наблюдения за просадками в зимнее время производятся па
маркам, расположенным по периметру котлована у его граней.
Поверхностные марки в пределах котлована при производстве
работ в зимнее время устанавливают таким образом, чтобы
верхний конец их был заподлицо с дном котлована.
После прекращения замачивания производится тампонирова-
ние просадочных трещин местным лессовидным грунтом и водой
из расчета 1 м3 воды на каждые 0,1—0,2 м3 грунта. Тампонаж
просадочных трещин выполняется в несколько этапов по мере их
заполнения и фильтрации воды.
Контроль качества уплотнения просадочных грунтов предва-
рительным замачиванием и приемка выполненных работ осуще-
ствляются на основе результатов:
наблюдений за просадками поверхностных и глубинных ма-
рок и сопоставления полученных данных с расчетными;
общего количества залитой воды на 1 м3 площади котлована;
184
•
определения степени влажности замоченного просадочного
грунта, которая должна быть не менее 0,8;
определения объемной массы скелета и относительной проса-
дочности замоченных грунтов в пределах просадочной толщи.
После окончания предварительного замачивания и приемки
работ производится повторная вертикальная съемка территории,
на основе которой уточняется проект вертикальной планировки
застраиваемой площади.
ОПЫТ УПЛОТНЕНИЯ
Уплотнение предварительным замачиванием широко приме-
няется при строительстве на просадочных грунтах II типа очист-
ных сооружений, сельскохозяйственных, промышленных, жилых
зданий и сооружений. Результаты его применения в большинстве
случаев весьма эффективны, но в отдельных случаях не вполне
удовлетворительные. Описываемый опыт уплотнения просадоч-
ных грунтов предварительным замачиванием в Запорожье и
Херсоне относится к этим двум наиболее характерным случаям
и позволяет выявить основные преимущества и недостатки
метода.
В Запорожье уплотнение просадочных грунтов предваритель^
ным замачиванием выполнялось под пятиэтажный крупнопанель-
ный дом на участке, сложенном лессами и лессовидными суглин-
ками с двумя прослойками на глубинах 7,3—9,3 и 15,9—17,7 м
маловодопроницаемых красно-бурых суглинков. При просадочной
толще Я = 20 м расчетная просадка грунта от собственного веса
равнялась 30—40 см. Грунтовые воды до глубины 21 м отсутст-
вовали.
Котлован для замачивания глубиной 0,4—1,3 м состоял из
двух карт размером 16x56 м с перепадом отметок в них на
30 см. В целях получения достаточно равномерной просадки
грунта в пределах застраиваемого участка размеры котлована
в продольном направлении приняты больше размеров здания на
11—21 м, в поперечном — на 2,5 м. Планировка котлована вы-
полнена с уклоном на 0,35 м, что обеспечивало при перерывах
в подаче воды постоянную фультрацию ее на торцах и способ-
ствовало развитию там просадки грунта.
Замачивание осуществлялось с поверхности котлована через
дренирующие скважины диаметром 250 мм, пробуренные на
глубину 8 м вдоль продольных осей зданий. В торцах котлова-
на скважины располагались через 2—3 м, а в средней части 5—
10 м.
Предварительное замачивание просадочных грунтов произво-
дилось в зимнее время года, в связи с чем водонапорные трубы
были утеплены валом грунта на высоту 0,64-1,0 м, а задвижки
и водомер шлаковойлоком. Однако этого утепления оказалось
недостаточно и при случайных перерывах в подаче воды водо-
185
провод замерзал и выходил из строя, вследствие чего замачива-
ние выполнялось с перерывами на 2—3 суток и поэтапно.
Просадка поверхности грунта в котловане от собственного
веса началась через 10—12 дней после начала замачивания и че-
рез 1,5 месяца достигла наибольшей скорости — 9 мм в сутки
(см. рис. 70). В этот период вода в котлован не подавалась и
просадка в нижних слоях происходила за счет передвижения
свободной воды из верхних слоев замоченной толщи в нижние.
Последующее двухкратное замачивание грунта не увеличивало
скорость просадки, а приводило к увеличению зоны просадки
грунта в плане за счет растекания воды в стороны.
Наблюдения за просадкой глубинных марок показали, что
просадка грунта происходила начиная с глубины 6 м. В преде-
лах контура расположения экспериментального дома серии
1-480-П просадка грунта протекала достаточно равномерно по
величине и через 6 месяцев после окончания замачивания изме-
нялась от 400 до 486 раз.
Устранение просадочных свойств верхнего слоя грунта, не-
посредственно залегающего под подошвой фундаментов дома,
было выполнено путем устройства грунтовой подушки толщиной
2 м из лессовидного суглинка. Объемная масса скелета грунта
в подушке изменялась от 1,70 до 1,75 т/м3.
Основание экспериментального дома испытывали после окон-
чания его монтажа путем повторного замачивания лессовых
грунтов вдоль торца дома> через скважины-дрены диаметром
40 см на глубину Юме последующей засыпкой их гравием.
Повторное замачивание грунтов основания с торца дома про-
изводилось в течение 16 дней при суммарном расходе воды
500 м3.
Наблюдения за осадками фундаментов дома начались с воз-
ведения первого этажа. Осадка дома в период строительства бы-
ла равномерной, к началу испытания составила 42—44 мм и про-
исходила, в основном, за счет сжатия слоев ниже сжимаемой
зоны, т. е. по сути дела продолжалась просадка грунта от соб-
ственного веса. За период испытания осадка торца дома, со сто-
роны которого производилось замачивание, составляла 10, а
противоположного — 6 мм.
Просадка грунта от нагрузки фундамента, как показали наб-
людения за вертикальными смещениями глубинных марок, в пери-
од испытания отсутствовала. Верхние слои грунта, залегающие
ниже подошвы фундамента до глубины 5,5 м, не подвергались
сжатию при повторном замачивании. Следующий шестиметровый
слой обжался на 6 мм, а глубинная марка на глубине 11,5 м от
подошвы фундамента за период испытаний дала осадку на 4 мм.
Через 1 год осадки дома стабилизировались и равнялись 88—
106 мм при отсутствии в конструкциях дома каких-либо дефор-
маций.
В Херсоне уплотнение грунтов предварительным замачива-
186
нием выполнялось под очистные сооружения на территории, сло-
женной эолово-делювиальными лессовыми грунтами четвертич-
ного возраста с четко выраженным слоистым напластованием,
включающим: слой 1 — лессовидные суглинки; слой 2 — глины;
слой 3 — лессовидные суглинки; слой 4 — глины.
Указанные отложения на глубине 14,8—16,5 м подстилаются
плотными глинами скифского яруса, в которых находится .уро-
вень грунтовых вод.
Расчетные просадки грунтов от собственного веса на рассмат-
риваемой территории изменялись от 3,8 до 30 см, что позволило
выделить участки с I и II типом грунтовых условий по просадоч-
ности. Однако предварительное замачивание выполнялось по
всей площади через дренажные скважины глубиной 11 м, диа-
метром 200 мм, расположенные на сетке 10X10 м.
Замачивание грунтов производилось на площади в несколько
гектаров отдельными картами размерами 50X80 м и без соблю-
дения соответствующих требований; допускались длительные
(на несколько месяцев) перерывы в подаче воды, не велся систе-
матический учет объема поданной воды на отдельные участки
и карты, нерегулярно проводились наблюдения за просадками
грунтов и величиной промоченной толщи грунта и др. В резуль-
тате неорганизованного выполнения работ по замачиванию
грунтов фактический расход воды в 3-н4 раза превысил расчет-
ный. Наличие ниже просадочной толщи водоупора в виде глин?
скифского яруса привело к полному водонасыщению всей замо-
ченной толщи и подъему уровня грунтовых вод до поверхности
земли. Снижение уровня грунтовых вод происходило медленно,
через 2 года после прекращения замачивания они располагались
на глубине 2—2,5 м от поверхности.
Обработка результатов геодезических наблюдений по поверх-
ностным и глубинным маркам показала, что просадка грунтов
в пределах замоченной площади происходила неравномерно и на
отдельных участках наблюдался подъем поверхности (рис. 71).
Максимальные просадки поверхности 363 мм, подъема 56 мм.
Сопоставление расчетных просадок с фактическими показало,
что на участках с I типом грунтовых условий по просадочности
при расчетных просадках до 5 см повсюду происходил подъем
поверхности. На участках с II типом грунтовых условий при
расчетной величине просадки 50—100 мм фактическое их значе-
ние изменялось от 10 до 130 мм; при расчетных просадках 100—
20G мм и 200—300 мм фактические значения средних просадок
составили соответственно 110—186 ММ и 170—276 мм. Приведен-
ные данные указывают на достаточно хорошее совпадение рас-
четных просадок с фактическими на участках со II типом грун-
товых условий. Коэффициент условий работы тс.в в данном
случае оказывается равным шс.в =(0,7—1,0). В то же время
весьма существенные различия наблюдаются на участках с I ти-
пом грунтовых условий, выражающиеся в том, что по результа-
187
. там лабораторных исследований грунты обладают просадочными
свойствами, а при замачивании котлованов набухают с соответ-
ствующим подъемом поверхности.
Результаты наблюдений по глубинным маркам показывают,
что на участках с I типом грунтовых условий на протяжении все-
го периода замачивания происходит подъем поверхности за счет
набухания красно-бурых глин слоя 4. На участках со II типом
Рис.'71. Линии равных
просадок (сплошные ли-
нии) и подъемов (пунк-
тирные) поверхности
грунта на территории
очистных сооружений в
Херсоне.
Рис. 72. Графики подъемов и
просадок во времени глубинных
марок 1—4, установленных на
глубинах соответственно на 3;
6; 8 и 10 м от дна котлована.
грунтовых условий в первый период замачивания также проис-
ходил подъем поверхности на 10—20 мм (рис. 72) за счет набу-
хания суглинков верхнего слоя. Затем наблюдалась просадка
грунтов за счет сжатия слоев 2 (глины) и 3 (суглинка) на глуби-
нах, начиная с 6 м от поверхности, которая полностью компенси-
ровала набухание верхнего слоя суглинка. По мере продвижения
фронта увлажнения происходило набухание глин слоя 4, это
приводило к подъему всех глубинных марок на замоченной по-
верхности.
В пределах замоченной площади (см. рис. 71) просадка грун-
тов происходила весьма неравномерно, что обусловливалось осо-
бенностями физико-механических характеристик и просадочности
грунтов на данной площадке.
Рассмотренный опыт применения предварительного замачи-
вания в Херсоне показывает, что увеличение расхода воды при-
водит не только к повышению сроков и стоимости работ, но и к
снижению их качества, весьма существенно усложняет произ-
водство работ по устройству фундаментов.
188
УСТРАНЕНИЕ ПРОСАДОК ГРУНТОВ В ОСНОВАНИИ
СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗДАНИЙ ЗАМАЧИВАНИЕМ
В практике эксплуатации зданий и сооружений, возводимых
на просадочных грунтах, не редко приходится встречаться со
случаями местного замачивания, просадок лессовых грунтов и,
как следствие этого, недопустимыми деформациями конструкций.
При этом наблюдаемые просадки грунтов составляют лишь часть
от потенциально возможных. В подобных случаях для обеспече-
ния прочности деформировавшихся зданий и их нормальной экс-
плуатации необходимо в первую очередь полностью ликвидиро-
вать просадочные свойства грунтов в основании и восстановить
проектное положение зданий и сооружений путем выправления
их кренов.
Для устранения просадочных свойств грунтов в основании
существующих зданий и выправления их кренов в последнее
время успешно применяется организованное замачивание. Орга-
низованное замачивание было успешно применено при выправ-
лении экспериментальных домов в Днепропетровске, Запорожье,
уплотнении просадочных грунтов в основании ряда зданий в Ду-
шанбе, в процессе строительства многих зданий в Грозном.
Разновидностью организованного замачивания является так
называемое двухстадийное замачивание, когда на первой стадии
до начала строительства предварительным замачиванием устра-
няется просадка грунтов от собственного веса, а на второй, вы-
полняемой в конце строительства здания, повторным замачива-
нием ликвидируется просадка в пределах деформируемой зоны
от нагрузки фундаментов. Этот метод в последние годы успешно
применен Днепропетровским филиалом НИИОСП при строитель-
стве шестнадцатиэтажных кирпичных домов в Днепропетровске.
В целях исключения возникновения дополнительных усилий
и деформаций в конструкциях зданий и сооружений от просадок
грунтов в основании при выполнении организованного замачива-
ния следует учитывать характер происшедших ранее деформа-
ций в зданиях и просадок грунтов, а также закономерности раз-
вития просадочных деформаций. В связи с этим до начала рабо-
ты по организованному замачиванию необходимо определить
характер и величины происходящих просадок грунтов под всем
фундаментом.
Организованное замачивание грунтов в основании деформи-
ровавшихся зданий и сооружений вначале выполняется на участ-
ках, на которых ранее просадка грунта была минимальной с по-
степенным расширением фронта увлажнения в плане с таким
расчетом, чтобы выравнивались неравномерности в просадках
фундаментов и крены здания или сооружения в целом. Регули-
рование просадок грунтов достигается соответствующей дозиров-
кой подаваемой воды в грунт, размерами замачиваемой площади
под фундаментами и за их пределами, учетом закономерностей
189
развития просадочных деформаций. При таком подходе в про-
цессе организованного замачивания исключается появление до-
полнительных деформаций в конструкциях, а существующие тре-
щины в стенах, расхождения в температурных и осадочных швах
и крены уменьшаются. Замачивание заканчивается после вырав*
нивания кренов и наступления условной стабилизации просадок
фундаментов по всей площади здания или сооружения.
При выполнении организованного замачивания на площадках
с I типом грунтовых условий по просадочности необходимо учи-
тывать закономерности развития просадок только в пределах
деформируемой зоны от нагрузки фундаментов. В этих случаях
дренажные скважины, приямки, каналы для подачи воды в грунт
устраиваются исходя из необходимости увлажнения грунтов
только в пределах деформируемой зоны, а замачивание выполня-
ется до полного промачивания деформируемой зоны.
На площадках со II типом грунтовых условий особое внима-
ние обращается на учет закономерностей развития просадок
грунтов от собственного веса. С этой целью размеры замачивае-
мой площади должны назначаться с уширением в каждую сторону
от здания b таким расчетом, чтобы полностью устранить про-
садку грунта под зданием, обеспечить его равномерное оседание,
исключить передачу на подземные конструкции здания горизон-
тальных перемещений, возникающих при неравномерных просад-
ках грунтов от собственного веса. При замачивании с поверхнос-
ти без дренирующих скважин обычно для полного проявления
просадки грунтов от собственного веса организованное замачи-
вание должно выполняться на площади, превышающей размеры
здания в продольном направлении с каждой стороны на ширину
не менее (0,3—0,5) Н, а в поперечном — по (0,1—0,2) Н. В слу-
чаях замачивания через дренирующие скважины в торцах вы-
полняются дополнительные ряды скважин с форсированной по-
дачей воды в них.
Недостаточно полный учет закономерностей развития проса-
док грунтов от их собственного веса приводит к неравномерному
развитию просадок грунтов и появлению дополнительных дефор-
маций в конструкциях зданий. Подобная картина наблюдалась
при уплотнении просадочных грунтов организованным замачива-
нием в основании существующего здания ЖБК в г. Буденновске.
Так как организованное замачивание грунтов в основании здания
ЖБК осуществлялось из приямков, расположенных только внут-
ри здания, просадки грунтов от собственного веса полностью про-
явились лишь в средней части здания и равнялись 1526—
1423 мм; по торцам 596—700 мм. Очевидно, что при увеличении
площади замачивания с торцов просадки фундаментов в даль-
нейшем увеличатся до значений, полученных в средней части, и
вызовут дополнительные деформации в здании.
Аналогичная картина наблюдалась в процессе организован-
ного замачивания грунтов под жилым пятиэтажным домом
190
в Грозном, возведенном на забивных сваях длиной 12 м. В дан-
ном случае существенное влияние на неравномерность просадок
свай оказали также силы нагружающего трения, возникающие
при просадке грунтов от собственного веса.


водной или грунто-
в
3 4
4
6
б
Рис. 73. Схемы уплотне-
ния грунтов взрывами:
а — подводными; б — глу-
бинными; 1 — обвалование
котлована; 2 — уровень во-
ды; 3 — котлован; 4 — заря-
ды BB; 5 — скважины для
взрыва ВВ; 6 — дренажные
скважины.
ОСОБЕННОСТИ УПЛОТНЕНИЯ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ
ПОДВОДНЫМИ И ГЛУБИННЫМИ ВЗРЫВАМИ
Сущность метода уплотнения просадочных грунтов подводны-
ми и глубинными взрывами заключается в предварительном по-
вышении замачиванием влажности уплотняемых грунтов до сос-
тояния, близкого к полному водонасыщению, и последующем
одновременном взрывании соответственно
вой среде зарядов взрывчатого вещества
(ВВ), расположенных по определенной
сетке на некоторой глубине от поверх-
ности (рис. 73), под воздействием кото-
рых происходит разрушение существую-
щей структуры грунта и его дополнитель-
ное уплотнение.
При уплотнении подводными взрыва-
ми заряды ВВ взрываются в водной сре-
де [11]. Слой воды, расположенный ни-
же зарядов ВВ, выполняет роль распре-
делительного и обеспечивает равномер-
ную подачу взрывного воздействия на
грунт. Столб воды, находящийся выше
ВВ, служит для гашения энергии взры-
ва, направленной вверх. В процессе глу-
бинных взрывов пригрузку создает верх-
ний слой грунта, в связи с чем заряды
ВВ располагают на достаточной глуби-
не, взрыв ВВ происходит в массиве грун-
та, который одновременно служит средой
для распространения и гашения взрыв-
ных воздействий.
Уплотнение подводными взрывами выполняется в котлованах
с высотой столба воды 1,3—1,5 м с таким расчетом, чтобы тол-
щина слоя воды под зарядами была не менее 1 м, а ниже — 0,3—
0,4 м. Заряды ВВ весом 0,5—1,5 кг устанавливаются по сетке
через 0,6—1,2 м. В результате подводного взрыва происходит
уплотнение под влиянием взрывного воздействия и собственного
веса грунта с понижением уплотненной поверхности на 0,3—
0,8 м и образованием по периметру ее трещины-уступа. Мак-
симальное значение объемной массы скелета грунта до 1,6—
1,7 т/м3 наблюдается на глубине 0,2—0,3 м от поверхности, а ни-
же уменьшается до природной. Глубина уплотнения подводными
взрывами в зависимости от грунтовых условий, величины зарядов
191
составляет 1—4 м, при среднем значении объемной массы скеле-
та 1,5—1,6 т/м3.
Уплотнение глубинными взрывами также призводится в кот-
лованах глубиной 0,3—1,0 м [52]. Предварительное замачива-
ние грунтов осуществляется через дренажные скважины, за счет
чего снижаются время замачивания, расход воды и зона распро-
странения ее в стороны. Заряды ВВ весом 5—12 кг устанавли-
вают на глубинах 6—12 мм в скважинах через 4—10 м. При глу-
бинном взрыве происходит уплотнение грунта в нижней части
с понижением уплотняемой поверхности на 0,8—2,5 м и образо-
ванием по периметру ее просадочных трещин с уступами. Толщи-
на верхнего недоуплотненного слоя обычно на 1—2 м меньше,
чем при уплотнении грунтов предварительным замачиванием без
взрывов.
' Уплотнение подводными взрывами применяется в пределах
деформируемой зоны от нагрузки фундаментов на площадках
с I типом грунтовых условий, а глубинными — на площадках со
II типом для устранения просадок грунтов от их собственного ве-
са. Наибольшая эффективность достигается при уплотнении
взрывами супесей и суглинков с объемной массой скелета до
1,45 т/м3 и числом пластичности до 0,12—0,15, так как в этих
случаях лессовые грунты при влажности, близкой к полному во-
донасыщению, имеют достаточно низкую прочность, которая раз-
рушается при взрывном воздействии. В более плотных грунтах
и с большим содержанием глинистых частиц прочность оказыва-
ется достаточно высокой, которая при взрывном воздействии
полностью не разрушается и при глубинных взрывах возможно
образование камуфлетных полостей, незаполненных грунтом.
При уплотнении грунтов подводными и глубинными взрывами
учитываются возникновение опасных зон, влияние на эффектив-
ность уплотнения степени влажности грунтов по мере снижения
влажности уплотненных грунтов и другие факторы. Величины
опасных зон под действием воздушной волны и колебаний грунто-
вого массива определяются, в основном, весом одновременно
взрываемого заряда и составляют 30—60 м.
Наибольшая эффективность уплотнения взрывами достигает-
ся при степени влажности грунтов 0,7—0,8, при которой проч-
ностные характеристики снижаются до минимальных и имеется
часть пор, заполненных воздухом, способствующих интенсивному
уплотнению грунта в процессе и после взрыва. Однако при нали-
чии сверху столба воды происходит неизбежное переувлажнение
грунта, в связи с чем эффективность уплотнения взрывами сни-
жается. Поэтому весьма важно на момент взрыва обеспечить сте-
пень влажности грунтов в пределах 0,7—0,8.
Так как уплотнение глубинными взрывами связано с повыше-
нием степени влажности грунтов до полного водонасыщении с
последующим ее снижением до природной, то основное уплотне-
ние (до 70—80%) происходит в момент взрыва, а 10—30% после
192
взрыва в процессе снижения влажности грунта. Причем полная
стабилизация уплотнения после взрыва и просадки поверхности
грунта, как и при обычном предварительном замачивании, насту-
пает через 0,5—1,5 года. Недостаточно полный учет этого фак-
тора приводит к возникновению неравномерных осадок фунда-
ментов, особенно в случаях, когда они устраиваются через раз-
личные промежутки времени после взрывов.
Глава XIII. ГЛУБИННОЕ УПЛОТНЕНИЕ
ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ ПРОБИВНОЙ СКВАЖИН
ОСОБЕННОСТЬ И МЕТОДЫ ГЛУБИННОГО УПЛОТНЕНИЯ
Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой сква-
жин грунтовыми сваями (рис. 74) заключается в том, что в уп-
лотненном массиве устраиваются путем пробивки скважины с вы-
теснением грунта в стороны и созданием вокруг них уплотненных
зон, которые затем засыпают местным
лессовым грунтом с послойным уплотне-
нием. При расположении скважин на оп-
ределенных расстояниях (от 2,5 до 5 диа-
метров) получается массив уплотненного
грунта, не обладающий просадочными
свойствами и характеризующийся повы-
шенными прочностными характеристика-
ми и более низкой сжимаемостью. За счет
частичного выпора грунта при пробивке
скважин верхняя часть уплотненного мас-
сива, называемая буферным слоем, раз-
уплотняется и перед закладкой фунда-
ментов снимается или доуплотняется.
Скважины, заполненные уплотненным
грунтом, ранее называли грунтовыми
сваями, а сам метод «уплотнением грун-
товыми сваями». Однако такое название
метода условно, так как по существу и
характеру работы под нагрузкой сква-
жины, заполненные уплотненным грун-
том, не имеют ничего общего со сваями.
В данной работе принято называть
этот метод «уплотнением пробивкой сква-
жин».
Рис. 74. План расположения пробитых скважин а
и разрез уплотненного массива б:
1 — скважины; 2 — уплотненная зона вокруг скважин.
Метод глубинного уплотнения просадочных грунтов пробив-
кой скважин был предложен в начале 30-х годов и в дальнейшем
7 1—1633
193
разработан Ю. М. Абелевым [1, 17]. На первой стадии основа-
ния метода глубинное уплотнение просадочных грунтов осу-
ществлялось путем забивки сваи-сердечника с инвентарным
башмаком. Затем сердечник извлекали, а образовавшуюся сква-
жину заполняли местным грунтом с послойным уплотнением.
Диаметр пробивных скважин не превышал 30—35 см, расстоя-
ние между их центрами— 60—70 см. Данная технология глубин-
ного уплотнения пробивкой скважин применялась до конца 40-х
годов при строительстве в Никополе, Запорожье и др.
В дальнейшем была разработана и успешно применялась бо-
лее рациональная по сравнению с первой технология глубинного
уплотнения просадочных грунтов, основанная на использовании
энергии взрывов для образования скважин. По этой технологии
вначале пробивают скважины-шпуры диаметром 80—85 мм.
В них опускают рассредоточенный заряд взрывчатого малобри-
зантного вещества, состоящий из отдельных патронов весом 50 г
и диаметром 40—45 мм из расчета 6—10 шт. на 1 м, соединенных
детонирующим шнуром. В результате одновременного взрыва це-
почки зарядов, опущенной в скважину-шпур, происходило рас-
ширение ее диаметра до 40—45 см. Энергия взрыва позволяла
увеличить радиус зоны уплотнения до 45—55 см и повысить рас-
стояние между осями скважин до 80—100 см.
Проходка скважин-шпуров выполнялась забивкой буровых
штанг с наконечниками ударами или реже вибрацией от краев
котлована к центру через одну.
Необходимый вес ВВ и количество патронов в пределах каж-
дого литологического слоя грунта определяли на основе опытных
взрывов и равномерно распределяли по высоте слоя. Заряд
опускали по центру скважины-шпура непосредственно перед
взрывом, где он должен был находиться в натянутом положении
под действием собственного веса.
После взрыва и выхода газов производили промеры глубины
скважины с целью определения высоты и завала осыпавше-
гося со стенок грунта. Образовавшийся завал высотой до 2 м
уплотняют трамбовкой, используемой для уплотнения грунта при
набивке скважин.
Полученные при помощи взрыва скважины заполняли мест-
ным лессовым грунтом отдельными порциями высотой 0,6—1 м
с уплотнением каждой трамбовкой диаметром 300 мм и весом
350—450 кг до объемной массы скелета не менее 1,7 т/м3.
Начиная с 1963 г. применяется более прогрессивная техноло-
гия глубинного уплотнения просадочных грунтов, основывающая-
ся на применении станков ударно-канатного бурения БС-1М для
пробивки скважин и уплотнения грунта, засыпаемого в скважи-
ны. Станок ударно-канатного бурения позволяет использовать
ударный снаряд весом 2,8—3,2 т, наконечники диаметром до
425 мм; обеспечивает 44—52 ударов в минуту с высоты 0,9—1,1 м
при энергии одного удара около 3 тм, благодаря чему достига-
194
ются пробивка скважин диаметром 0,5—0,55 м и радиус уплот-
ненной зоны 0,7—0,9 м.
Ударный снаряд, входящий в комплект станков ударно-канат-
ного бурения, состоит из ударной штанги, наконечников в виде
долот различной конструкции из канатного замка. Наконечники
- для устройства скважин изготавливают на мес-
те с использованием изношенных долот, сохра-
нивших резьбу. К ним приваривают оболочки
необходимой формы из листовой стали, а про-
странство между долотом и. оболочкой заливают
цементным раствором (рис. 75). Пробивают
скважины путем сбрасывания ударного снаряда
в одно и то же место без извлечения грунта. В
процессе внедрения наконечника, благодаря его
ч
Рис. 75. Наконечник для глубинного уплотне-
ния просадочных грунтов:
1 — соединительная резьба; 2 — буровая штанга; 3 —
оболочки; 4 — бетон.
параболической форме, грунт, начиная с глубины 0,6—1,0 м, вы-
тесняется в стороны с одновременным уплотнением окружающе-
го грунта. После проходки скважины ее засыпают местным лес-
совым грунтом оптимальной влажности отдельными порциями с
уплотнением их тем же ударным снарядом.
Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой сква-
жин станками ударно-канатного бурения широко применялось
при строительстве промышленных зданий в Никополе, жилых
и гражданских зданий в Тольятти, Ташкенте и успешно исполь-
зуется наряду с другими методами в Запорожье. Основным не-
достатком этого метода являлась высокая трудоемкость работ
в связи с частным расположением пробивных скважин.
В последние годы разрабатывается новая технология глубин-
ного уплотнения, основанная на пробивке скважин диаметром
0,8—1,2 м с помощью навесного оборудования к крану-экскава-
тору. Навесное оборудование (рис. 76) включает упорную стойку
с направляющей и пробивной снаряд. Пробивной снаряд выпол-
нен в виде штанги с уширенным наконечником в форме «капли».
Длина его 5,5 м, диаметр штанги 0,4—0,8 м, диаметр каплевид-
ного уширения 0,6—1,0 м. Внутренняя полость снаряда заполня-
ется бетоном с доведением веса снаряда до 3—5 т. Пробивной
снаряд поднимается и сбрасывается внутри решетчатой направ-
ляющей. Направляющая снабжена стойкой, верхний конец кото-
рой крепится к стреле экскаватора, а нижний упирается в грунт
через опорную плиту с шипами. Высота сбрасывания пробивного
снаряда йа начальном этапе пробивки 4—5 м, а затем может
быть 8—10 м. Направляющая решетка не доходит до грунта на
1 м и снабжена в нижней части раструбом.
7*
195
Рис. 76. Схема оборудования для про-
бивки скважин на экскаваторе:
1 — упорная стойка; 2 — направляющая;
3 — пробивной снаряд.
Увеличение энергии удара пробивного снаряда до 25—35 т-м
обеспечивает не только возможность пробивки скважин диамет-
ром до 1,2 м, но и повышение диаметра уплотненной зоны до 2—
3 м, расстояния между скважинами до 1,8—2,5 м, а также воз-
можность создания путем втрамбовывания жесткого материала
уширения в нижней части сква-
жины. При увеличении диа-
метра пробитой скважины и
соответственно уплотненной
зоны резко сокращается (в 2—
4 раза) необходимое количест-
во скважин и тем самым в
1,5—3 раза снижается трудо-
емкость работ по уплотнению
грунта.
Особенность разрабатывае-
мой технологии глубинного уп-
лотнения пробивкой скважин
диаметром 0,8—1,2 м состоит
в том, что в соответствии с
суммарной эпюрой распределе-
ния по глубине давлений от на-
грузки фундамента, собствен-
ного веса грунта и сил нагру-
жающего трения:
в основании уплотненного
массива создается несущий
слой путем втрамбовывания до
отказа в дно пробитой скважины жесткого грунтового материала
(щебня, гравия, песчано-гравийной смеси, шлака и подобного
им материала) отдельными порциями высотой (0,8—1,2) d (d —
диаметр скважины);
в нижней части массива формируется зона повышенной проч-
ности путем заполнения скважин жестким грунтовым материа-
лом отдельными порциями высотой (1,5—2) d и уплотнением его
пробивным снарядом;
в верхней части создается уплотненная зона путем заполне-
ния пробитых скважин местным глинистым грунтом и доуплотне-
нием буферного слоя тяжелыми трамбовками.
Испытания нового оборудования в лессовидных супесях с объ-
емной массой 1,52—1,54 т/м3 показали, что при диаметре капли
620 мм, весе пробивного снаряда 2,2 т, высоте сбрасывания 4—
6 м скорость пробивки в среднем 0,5—1 м/мин. На 1 м погруже-
ния пробивного снаряда требовалось 7—15 ударов. Скважины
в сечении имеют форму, близкую к кругу, при максимальном
диаметре 78—80 см и минимальном 72 см.
Исследования по втрамбовыванию в дно скважины щебня
позволили установить, что образовавшиеся уширения при объеме
196
втрамбованного щебня 0,50—1 м3 и более имеют форму шара,
а при меньших — форму, близкую к эллипсоиду вращения, вы-
тянутому в вертикальном направлении. Размеры получаемых
уширений определяются объемом втрамбованного щебня. Так,
при • втрамбовывании 0,25; 0,9; 1,1 и 2,35 м3 щебня диаметры
уширений составили соответственно 0,67; 1,15; 1,20 и 1,7 м.
В результате втрамбовывания щебня вокруг уширения созда- .
ется зона уплотненного грунта с объемной массой скелета не ме-
нее 1,6 т/м3 на расстоянии 0,6—0,8 м в стороны и в глубину от
уширения, а на границе со щебнем 1,8—1,95 т/м3. По данным
исследований, зона уплотненного грунта с устраненными проса-
дочными свойствами при объеме втрамбованного щебня 2,35 м3
имела форму шара с диаметром около 3,5 м.
В просадочных грунтах, характеризующихся повышенной
прочностью, вследствие их низкой влажности или высокой степе-
ни плотности пробивка скважин диаметром 0,8—1,0 м может
оказаться затруднительной. Поэтому наряду с изложенным даль-
нейшее развитие метода глубинного уплотнения просадочных
грунтов осуществляется по пути разработки новой технологии
с использованием энергии взрывов для образования скважин ди-
аметром 0,6—1,0 м и уширенных оснований диаметром 1,2—1,5 м
удлиненным камуфлетным взрывом. Доуплотнение грунта зава-
ла после взрыва и отсыпаемого в скважину грунтового материа-
ла в этом случае выполняется по аналогии с описанным выше
трамбующим снарядом на базе крана экскаватора.
Основной недостаток применявшейся ранее технологии глу-
бинного уплотнения с расширением скважин взрывом состоял
в том, что при увеличении диаметра скважин более 0,4—0,45 м,
возрастала высота завала их до 3—5 м, доуплотнить который
используемыми в то время трамбовками весом 0,35—0,45 т не
представлялось возможным. В разрабатываемой новой техноло-
гии глубинного уплотнения применение трамбовок весом 3,5—
5 т и энергией одного удара до 30 тм обеспечивает доуплотнение
рыхлых насыпных грунтов в завалах практически при любой их
высоте.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА
В связи с тем что рассматриваемый метод глубинного уплот-
нения основан на пробивке скважин в грунте, эффективность
его применения прежде всего определяется возможностью и ин-
тенсивностью пробивки скважин формой и размерами уплотнен-
ных зон вокруг скважин, степенью повышения объемной массы
скелета грунта в пределах уплотненных зон и всего уплотненного
массива.
Выполненные исследования по изучению влияния формы на-
конечника ударного снаряда на эффективность глубинного уплот-
нения станками ударно-канатного бурения показали, что наи-
более рациональным при пробивке является наконечник, имею-
197
щий форму параболоида (см. рис. 75). При применении наконеч-
ников в форме конуса с углом 30—40°, усеченного конуса, с плос-
кой подошвой, с лидирующим шпилем эффективность пробивки
скважин снижается в 1,2—1,8 раза.
Исследованиями установлено, что с увеличением диаметра
наконечника снижается интенсивность пробивки скважин, так,
при увеличении диаметра с 210 до 425 мм интенсивность пробив-
ки скважин снижается в 3,5—4,0 раза. В то же время уменьше-
ние диаметра наконечника приводит к повышению необходимого
количества скважин, поэтому для глубинного уплотнения наибо-
лее целесообразно применять наконечники максимальных разме-
ров. Одновременно установлено, что при энергии одного удара
около 3 тм, обеспечиваемой станком ударно-канатного бурения,
наиболее оптимальным является наконечник диаметром 425 мм,
которым в большинстве случаев пробивают скважины.
Если при пробивке скважин наконечник должен создавать
значительные горизонтальные напряжения для расширения сква-
жин, то при набивке ее грунтом — вертикальные, что наиболее
эффективно при плоской подошве наконечника и цилиндрической
его форме. Толщина уплотненного слоя грунта в скважине при
плоской подошве наконечника по сравнению с параболическим
возрастает в 1,5—2,0 раза. Однако применение двух различных
типов наконечников оказывается не технологичным и поэтому
в практике глубинного уплотнения для пробивки и набивки сква-
жин применяется один тип — параболический.
На эффективность пробивки скважин, так же как и на уплот-
нение грунтов, существенно влияет степень плотности и влажно-
сти Трунтов. По мере снижения влажности
и повышения степени плотности и тем са-
мым прочности грунтов интенсивность
пробивки скважин снижается. При повы-
шенной влажности происходит засасыва-
ние пробивного снаряда в грунте. Поэто-
му наиболее целесообразно пробивку у
скважин выполнять в грунтах с влаж-
ностью, близкой к оптимальной.
В результате пробивки скважин с вы-
теснением грунта в стороны вокруг них
образуется уплотненная зона диаметром
(2,5—4) d (d — диаметр скважины), величина которой зависит
от степени плотности грунта, по мере ее повышения диаметр уп-
лотненной зоны возрастает. Максимальные значения объемной
массы скелета грунта наблюдаются вдоль скважины (1,85—
1,95 т/м3). По мере удаления от стенок скважины объемная мас-
са скелета грунта снижается до природной (рис. 77).
В процессе погружения ударного снаряда в грунт вследствие
недостаточной пригрузки его в верхней части и влияния динами-
ческой нагрузки наряду с перемещением грунта в стороны про-
Рис. 77. Изменение объ-
емной массы скелета
уплотненного грунта в
сторону от стенки проби-
той скважины.
198
исходит выпор его вверх и соответственно разуплотнение. Тол-
щина верхнего разуплотненного слоя, называемая буферным сло-
ем определяется энергией удара, физико-механическими характе-
ристиками грунтов и другими факторами. Исследования показа-
ли, что при применении станков ударно-канатного бурения
толщина буферного слоя в супесях 1,2—1,5, суглинках 2,0—2,5,
в глинах 3,0—3,5 м.
Одним из наиболее важных вопросов применения глубинного
уплотнения просадочных грунтов пробивкой скважин является
обеспечение прочности и устойчивости уплотненных массивов,
особенно при воздействии на них дополнительных нагрузок от
сил нагружающего трения, возникающих при просадках окружа-
ющих грунтов от собственного веса. Учитывают их в соответст-
вии с рекомендациями, изложенными в гл. VI.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПЛОТНЕННЫХ МАССИВОВ
Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой сква-
жин выполняется с целью устранения просадочных грунтов в
пределах всей просадочной толщи; повышения прочностных
и деформационных характеристик грунтов оснований; создания
в основании зданий и сооружений сплошного маловодопроница-
емого экрана из уплотненного грунта; устройства противофильт-
рационных завес из уплотненного грунта. Применяется оно в ос-
новном на просадочных грунтах толщиной 8—30 м со II ти-
пом грунтовых условий, а также для тяжелых зданий и сооруже-
ний с I типом, как правило, при влажности просадочных грунтов,
близкой к оптимальной, степени влажности не более 0,75 при
отсутствии слоев плотных грунтов, песков, маловлажных супесей,
линз, переувлажненного грунта со степенью влажности G>0,75.
Глубина, диаметр, расстояния между скважинами и другие
параметры глубинного уплотнения просадочных грунтов назна-
чаются из условия достижения требуемой степени плотности
грунтов основания, при которой плотностью устраняется просад-
ка грунта от его собственного веса и нагрузки, передаваемой фун-
даментами. Размеры уплотняемой площади в плане принима-
лись исходя из условия обеспечения несущей способности уплот-
ненного массива и подстилающего его грунта с учетом дополни-
тельных нагрузок от сил нагружающего трения при возможной
просадке окружающего грунта природной структуры. Поэтому в
проекте уплотнения просадочных грунтов пробивкой скважин
должны быть указаны: размеры уплотненной площади с привяз-
кой их к плану расположения фундаментов; план расположения
и диаметры скважин; глубина уплотнения; требуемая объемная
масса скелета грунта в уплотненном массиве; способ пробивки
скважин и уплотнения засыпаемого в них грунтового материала;
вид, влажность и количество грунтового материала, необходимо-
го для набивки скважин; способ доуплотнения или глубина срез-
ки буферного слоя; расчетное давление на уплотненный грунт.
199
Глубинное уплотнение пробивкой скважин выполняется в кот-
лованах размерами на 3 м в каждую сторону больше размеров
уплотняемой площади, при которых обеспечивается свободное
маневрирование машин. Отметка дна котлована назначается
с учетом последующей частичной срезки буферного слоя из того
расчета, чтобы оставшаяся толщина его не превышала 1,5—
2,0 м, которая доуплотняется тяжелыми трамбовками.
Толщина буферного слоя 6б
(157)
где dc — диаметр скважин, принимаемый при пробивке их удар-
ным снарядом, dc = l,2d (d — диаметр наконечника); k6 — коэф-
фициент пропорциональности, принимаемый по опытным данным
равным для супесей k6 =4; суглинков k6 =5 и глин &б=6.
Размеры уплотненной площади в плане назначаются по рас-
чету с учетом дополнительных нагрузок от нагружающего трения
и должны превышать площадь подошвы фундамента за счет по-
лосы, выступающей за его пределы по периметру, на величину,
равную:
на грунтах I типа по просадочности 0,26, но не менее 0,8 м,
а для отдельно стоящих сооружений с высоким расположением
центра тяжести (дымовые трубы, водонапорные башни и т. п.)
не менее 0,36 и не более 0,4 Яуп (6 — меньшая сторона прямо-
угольного или диаметр круглого фундамента, Нуп — глубина
уплотнения);
на грунтах II типа по просадочности 0,2 просадочной толщи
грунта.
При этом ширина уплотняемой площади на площадках с I ти-
пом грунтовых условий по просадочности должна быть не менее
0,2 глубины уплотнения, а со II типом не менее 0,5 просадочной
толщи.
В пределах уплотненного основания скважины размеща-
ют в шахматном порядке — по вершинам равностороннего тре-
угольника (см. рис. 74). Независимо от количества скважин под
каждым фундаментом, полученного по расчету, число рядов их
по длине и ширине фундамента должно быть не менее трех.
Первый ряд скважин располагают на расстоянии от границы уп-
лотняемой площади основания, равным 0,5/ (где I — расстояние
между центрами скважин, определяемое по формуле (149) или
табл. 9).
Проект уплотнения просадочных грунтов пробивкой скважин
при заполнении их местным лессовым грунтом разрабатывается
из расчета достижения средней степени плотности грунта в уп-
лотненном массиве, соответствующей объемной массе скелета
грунта, равной на площадках с I типом грунтовых условий по
просадочности ycK.yn = l,65 т/м3, а на площадках со II типом
грунтовых условий по просадочности в пределах верхнего слоя
на глубину 0,5 Нуп Тск.уп^1,65 т/м3, нижнего на глубину 0,5Яуп—
— Тск.уп>1,7 т/м3 .
200
При применении глубинного уплотнения в целях устройства
противофильтрационной завесы скважины засыпают суглинком
с числом пластичности более 0,14 или глиной, которые уплотня-
ются до уск^1,75 т/м3.
Вес грунта, т, при оптимальной влажности, необходимого для
набивки 1 м длины скважины,
?=*cFcTcK.yn(l + гуп),	(158)
где kc — коэффициент, зависящий от вида уплотняемого грунта
и обусловленный увеличением диаметра скважины в процессе
трамбования засыпаемого грунта, для супесей &с=1,4, для су-
глинков и глин =1,2; Fc — площадь поперечного сечения сква-
жины; Уск.уп —объемная масса скелета уплотненного грунта в
скважине, равная 1,75 т/м3; №уп —влажность грунта, засыпае-
мого в скважину.
Таблица 9
Средняя объем- ная масса ске- лета грунта уплотненного массива, т/м3	Расстояние между центрами скважин при уск, т/м3					
	1,22	1,30	1,35	1,40	1,46	1,51
1,65	1,9 dc	2,1 dc	2,2 dc	2,5 dQ	2,8 dc	3,3 dc
1,70	1,8 dc	2,0 dc	2,1 dc	2,3	2,5 dz	2,9 dc
1,75	1,7 dc	1,9	2,0 dc	2,1 dc	2,3 dc	2,6 dc
ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ И ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ
ГЛУБИННОГО УПЛОТНЕНИЯ
. Производство работ по глубинному уплотнению просадоч-
ных грунтов пробивкой скважин включает подготовку котлована
, для уплотнения, пробивку скважин, заполнение скважин грунто-
вым материалом и пооперационный контроль качества выполнен-
ных работ.
Котлованы для глубинного уплотнения пробивкой скважин
отрывают по всей площади здания или отдельными участками
с учетом последующего снятия или доуплотнения буферного слоя.
Во всех случаях должен полностью срезаться почвенно расти-
тельный слой грунта, содержащий более 0,05 органических остат-
ков.
Пробивают скважины при вертикальном положении мачты
и, как правило, при природной влажности грунтов. При влажнос-
ти грунтов значительно ниже оптимальной пробивку скважин вы-
полняют с подливкой воды. При наличии переувлажненных грун-
тов для проходки скважин принимают ударный снаряд с нако-
нечником меньшего диаметра, равным 325—375 мм с соответст-
вующим уменьшением расстояния между скважинами. Если пе-
201
реувлажненный грунт залегает линзами, непосредственно с
поверхности заменяют его грунтом оптимальной влажности
и пробивают скважины через насыпной слой. При этом перед
устройством фундаментов верхнюю часть уплотненного грунта
доуплотняют тяжелыми трамбовками на глубину не менее 2 м.
Скважины пробивают через одну. Пропущенные скважины
пробивают после полного заполнения предыдущих грунтовым ма-
териалом. При глубинном уплотнении станки ударно-канатного
бурения работают попарно с таким расчетом, что один станок
пробивает скважины, а другой уплотняет засыпаемый в них
грунтовый материал.
При необходимости повышения прочности нижней части уп-
лотненного массива и создания под ним более прочного основа-
ния повышенной несущей способности в дно пробитой скважины
втрамбовывается жесткий грунтовый материал (щебень, гравий,
песчано-гравийная смесь, крупный песок и т. п.). Жесткий грун-
товый материал для создания основания повышенной прочности
отсыпается отдельными слоями высотой 0,8—1,2 d (d— диаметр
скважины) и втрамбовывается до отказа, т. е. когда понижение
дна скважины за 25 ударов не превышает 2 см. В нижнюю часть
уплотненного массива жесткий грунтовый материал отсыпается
слоями толщиной 1,5—2 d и уплотняется 25—30 ударами трам-
бовки, т. е. в течении 0,5 мин.
Засыпка верхней части скважины, а также по всей их глуби-
не в случае применения обычного глубинного уплотнения, выпол-
няется местным лессовым или глинистым грунтом с влажностью,
близкой к оптимальной. Отклонение влажности засыпаемого в
скважины глинистого грунта от оптимальной допускается не бо-
лее чем на +0,02 и —0,06.
Для засыпки грунтового материала в скважины используют
малогабаритные бульдозеры типа ДТ-54, оборудованные специ-
альными совками-дозаторами емкостью 0,25—0,3 м3. Грунтовый
материал в скважины засыпают при поднятом ударном снаряде.
В процессе производства работ по глубинному уплотнению
просадочных грунтов пробивкой скважин осуществляется поопе-
рационный контроль за качеством выполненных работ. При конт-
роле качества работ по пробивке скважин проверяется их диа-
метр, глубина и расстояние между скважинами по верху. Если
расстояния между скважинами превышают заданные в проекте
более чем на 20—25%, проходят дополнительные скважины
наконечником диаметром 210—250 мм. При набивке скважин
грунтовым материалом контролируют объем грунта в каждой от-
сыпаемой порции по количеству засыпок совком-дозатором и
полноте его заполнения, влажность отсыпаемого глинистого грун-
та, однородность его состава на основе визуального осмотра, ко-
личество ударов трамбующего снаряда для уплотнения каждой
порции грунта по времени трамбования, которое должно быть не
менее 0,5 мий. В необходимых случаях после завершения работ
202
определяют объемную массу скелета и влажность уплотненного
* грунта путем проходки шурфов или радиометрических скважин.
Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой сква-
жин широко применяется при строительстве тяжелых промыш-
ленных, гражданских и жилых зданий на площадках со II типом
грунтовых условий по просадочности. Особенности его примене-
ния на всех этапах состояли в том, что:
из-за отсутствия других достаточно отработанных и эконо-
мичных методов детальное изучение, проверка, отработка раз-
личных технологий производства работ выполнялись в основном
в процессе и после осуществления глубинного уплотнения;
при проектировании и выполнении работ по глубинному уп-
лотнению не достаточно учитывались закономерности деформа-
ций просадочных грунтов от нагрузки фундаментов и, главным
образом, от собственного веса грунта, взаимодействие уплотнен-
ных массивов с окружающим просадочным грунтом, так как они
в тот период не были известны и достаточно изучены;
на площадках применения глубинного уплотнения инженерно-
геологические изыскания выполнялись с недостаточной полнотой
и обычно занижались величины просадочной толщи грунтов.
В связи с этим опыт применения глубинного уплотнения про-
тиворечив, наряду с положительными результатами в большин-
стве случаев наблюдались случаи повышенных осадок фундамен-
тов и деформации в конструкциях зданий и сооружений. На
основе этого делали необоснованные выводы о недостаточной
-надежности метода глубинного уплотнения просадочных грунтов.
Анализ обширного опыта применения глубинного уплотнения
просадочных грунтов показывает, что основной причиной появ-
ления повышенных осадок фундаментов и деформаций в конст-
рукциях зданий и сооружений является то, что при проектиро-
вании уплотненных массивов не учитывали дополнительные на-
грузки на них от сил нагружающего трения, возникающих при
просадках окружающих грунтов от их собственного веса. В связи
с этим до середины 70-х годов глубинное уплотнение выполняли
не на всю просадочную толщу, а лишь в пределах ее верхней
части, равной 0,6—0,7 /7Пр . К тому же глубина просадочной тол-
щи до начала 60-х годов снизу ограничивалась горизонтом, на
котором относительная просадочность была менее 0,02, вследст-
вие чего глубина уплотнения часто не превышала 0,5—0,6 от фак-
тической просадочной толщи Нпр.
Одновременно с этим размеры уплотненных массивов до се-
редины 70-х годов назначались только исходя из условия воспри-
ятия ими дополнительных нагрузок от фундаментов зданий. При
воздействии на уплотненные массивы сил нагружающего трения
размеры их в большинстве случаев оказались недостаточными
для восприятия дополнительных нагрузок. Если с учетом сил
нагружающего трения минимальная ширина уплотненного мас-
сива по руководству [68] и СНиП П-15-74 должна быть не мейее
203
0,5 7/Пр, то ранее она принималась фактически 0,17 Япр , т. е. в
3 раза меньшей.
Неучет дополнительных нагрузок от сил нагружающего тре-
ния также отражался на назначении степени плотности в уплот-
ненном массиве. В соответствии с суммарной эпюрой распреде-
ления вертикальных сжимающих давлений по глубине среднее
значение объемной массы скелета грунта в верхней части уплот-
ненного массива должна быть не менее 1,65 т/м3, в нижней —
1,7 т/м3. По действовавшим ранее требованиям и рекомендациям
нормативных документов объемная масса скелета уплотненного
грунта принималась равной 1,6—1,65 т/м3, в нижней части
1,6 т/м3.
В отдельных случаях, особенно на первых этапах применения
глубинного уплотнения, повышенные осадки фундаментов проис-
ходили вследствие недостатков в технологии производства работ.
На основе выполненных исследований в лессовых супесях и су-
глинках с числом пластичности 1р <0,12 толщина буферного слоя
была установлена равной 2,5—3,0 d. Однако фактически для су-
глинков она оказалась равной 4—5 dt в связи с чем в отдельных
случаях буферный слой снимали неполностью и фундаменты воз-
водились на частично разрыхленном грунте.
При ранее применявшейся технологии глубинного уплотнения
с расширением скважин взрывом неизбежно происходил завал
грунта в скважинах, который при влажности ниже оптимальной
доходил до 3—5 м. Использовавшиеся в то время трамбовки ве-
сом 0,35—0,45 т не обеспечивали уплотнение грунтов в завалах
на всю высоту, вследствие чего в нижней части скважин оста-
вался рыхлый насыпной грунт.
В процессе глубинного уплотнения не всегда выполнялась
дозировка засыпаемого грунта в скважины. При малом объеме
грунта в одной порции (0,08—0,12 м3) и применении для засып-
ки бульдозеров фактические объемы порций грунта, засыпаемо- J
го в скважины, превышали необходимые в 1,5—2 раза. В связи
с этим в скважинах образовывались слои недостаточно уплотнен-
ного грунта.
Все имевшие ранее место недостатки в технологии производ-
ства и причины, вызывающие повышение осадки фундаментов
на уплотненных массивах пробивкой скважин, учтены при под-
готовке СНиП П-15-74 [74], Ш-9-74 [75] и руководств к ним.
Поэтому применение глубинного уплотнения пробивкой скважин
в соответствии с указанными нормативными документами исклю-
чает повышение осадки фундаментов и полностью обеспечивает
нормальную эксплуатацию зданий.
204
ОСОБЕННОСТЬ МЕТОДА УСТРАНЕНИЯ ПРОСАДОК ГРУНТОВ
АРМИРОВАНИЕМ ТОЛЩ ЭЛЕМЕНТАМИ
ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ
Метод устранения просадок грунтов армированием толщ эле-
ментами повышенной прочности основывается на учете природы
прочности, просадочности и закономерностей развития просадок
лессовых грунтов, а также особенностей взаимодействия уплот-
ненных, закрепленных массивов, свай с окружающим их лессо-
вым грунтом естественной структуры при просадке его от соб-
ственного веса [45].
Просадки грунтов происходят вследствие того, что прочность
их при повышении влажности снижается и оказывается меньше
действующего давления, т. е. возникает дефицит прочности грун-
та, представляющий собой разность между вертикальным давле-
нием от собственного веса грунта и начальным просадочным дав-
лением. Исходя из этого для исключения возможности возникно-
вения просадок грунтов необходимо повысить прочность их на
сжатие и тем самым ликвидировать дефицит прочности. Это
может быть достигнуто путем введения в толщу грунта элемен-
тов повышенной прочности, хорошо работающих на сжатие и
имеющих достаточно высокое сцепление и трение с окружающим
грунтом (см. рис. 26).
Армирование толщ просадочных грунтов с целью повышения
их прочности и несущей способности должно выполняться исходя
из условия обеспечения совместной работы просадочного грунта
и армирующих элементов. Для более полного использования не-
сущей способности всех, входящих в армированный массив ма-
териалов целесообразно применять армирующие элементы
с уменьшающейся от центра к краям прочностью. Подобное ар-
мирование толщ просадочных грунтов может быть Выполнено
по технологии глубинного уплотнения лессовых грунтов пробив-
кой скважин с заполнением скважин шлакобетоном, тощим бе-
тоном или шлаком с уплотнением, созданием в толще лессовых
грунтов закрепленных силикатизацией или обжигом массивов
и другими методами.
Для устранения просадок грунтов в пределах деформируемой
зоны от нагрузки фундаментов в основании их создается уплот-
ненный слой путем устройства грунтовой подушки или уплотне-
ния тяжелыми трамбовками на необходимую глубину, либо слой
из закрепленного грунта. Уплотненный или закрепленный слой
одновременно с этим является распределительной подушкой,
обеспечивающей передачу нагрузки от фундамента на армиро-
ванный массив и включение в совместную работу всех входящих
в него элементов.
Расстояния между армирующими просадочную толщу грунта
элементами должны определяться исходя из условия обеспечения
(см. рис. 26):
205
—	совместной работы просадочного грунта естественной
структуры 3 с уплотненным грунтом 2, расположенным вокруг
армирующего элемента — набивной сваи /, уплотненного грунта
2 со сваей 1 или просадочного лессового грунта естественной
структуры с закрепленным массивом;
—	прочности и несущей способности армированного массива
исходя из расчетных давлений на лессовый грунт естественной
структуры (начального просадочного давления рПр ), уплотненно-
го грунта в зоне 2(руп) и армирующего элемента в виде набив-
ной сваи или закрепленного столба (рс,);
—	прочности и несущей способности подстилающего проса-
дочную толщу грунта 4 по величине расчетного давления на него.
Включение в работу просадочного грунта естественной струк-
туры, уплотненного грунта, а также увеличение прочности мате-
риала свай при устранении просадок грунтов от их собственного
веса армированием позволяет увеличить расстояние между цент-
рами пробитых скважин в 2,0—2,5 раза. Благодаря этому, как
показал технико-экономический анализ, стоимость работ по но-
вому методу по сравнению с глубинным уплотнением пробивкой
скважин и с устройством буронабивных свай снижается в 1,2 —
1,5 раза, а трудоемкость в 1,8—3,0 раза.
Армирование грунтов вертикально-расположенными элемен-
тами повышенной прочности предназначается, главным образом,
для устранения возможности возникновения и развития просадок
грунтов от их собственного веса. В связи с этим данный метод
применяется на просадочных лессовых грунтах со II типом грун-
товых условий по просадочности для жилых и гражданских зда-
ний и сооружений, характеризующихся: частым расположением
фундаментов несущих стен; высотой до 9—12 этажей; нагрузка-
ми на ленточные фундаменты до 600—800 кН м, фундаментов
в виде сплошных железобетонных плит с давлением на грунт до
0,15—0,2 МПа и т. п. Наряду с этим армирование просадочных
грунтов целесообразно применять под полами, фундаментами
технологического оборудования в промышленных корпусах, а
также в качестве мероприятия по устранению возможных пере-
дач на свайные фундаменты дополнительных нагрузок от сил
нагружающего трения при возможных просадках окружающих
грунтов от собственного веса. В последнем случае под фундамен-
тами несущих конструкций выполняют свайные фундаменты,
а вокруг них создают барьерные полосы, исключающие передачу
на сваи просадок окружающих грунтов от собственного веса, т. е.
свайные фундаменты устраивают в армированном грунте.
Результаты исследований метода армирования толщ проса-
дочных грунтов элементами повышенной прочности свидетельст-
вуют о достаточно высокой его эффективности применения и о
целесообразности широкого использования в практике проекти-
рования и строительства на площадках со II типом грунтовых
условий по просадочности.
206
Глава XIV. ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ МЕТОДОВ УСТРОЙСТВА
ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
Каждый из методов устройства оснований и фундаментов, а
также обеспечения прочности и нормальной эксплуатации зда-
ний и сооружений при неравномерных просадках грунтов имеет
свои области применения, зависящие от грунтовых условий, кон-
структивных особенностей зданий, действующих нагрузок на фун-
даменты, а также надежности возводимых зданий и сооружений.
Рациональные области определяются технико-экономическими
показателями, включающими стоимость, трудоемкость, расход
материалов, которые рассматриваются ниже.
Для I типа грунтовых условий технико-экономический анализ
методов строительства на примере возведения одной блок-секции
девятиэтажного крупнопанельного жилого дома серии 94 общей
площадью 1941 м2 с применением следующих вариантов основа-
ний и фундаментов [14]:
сборные ленточные фундаменты на уплотненных тяжелыми
трамбовками грунтах на глубину 3 м;
сборные ленточные фундаменты на грунтовой подушке тол-
щиной 3 м;
фундаменты в вытрамбованных котлованах с уширенным ос-
нованием и без него с ростверковым опиранием панелей;
свайные фундаменты из забивных свай сечением 30x30 см
и длиной на 1—2 м больше величины просадочной толщи;
свайные фундаменты из буронабивных свай диаметром 0,5 м
без уширения и длиной на 2 м больше просадочной толщи.
Для технико-экономического анализа приняты наиболее ти-
пичные грунтовые условия, характеризующиеся наличием слоев
суглинков и супесей с просадочной толщей 4, 6, 8, 10 м и под-
стилаемых суглинками с объемной массой скелета 1,65 т/м3.
Конструкция фундаментно-подвальной части принята одина-
ковой и в различных вариантах изменяется только нижняя часть,
начиная с отметки низа цокольных панелей и технического под-
полья.
Сметная стоимость строительно-монтажных работ принима-
лась по каталогам единичных расценок, привязанных к условиям
строительства первой зоны Днепропетровской области. Суммар-
ная трудоемкость работ определялась с учетом изготовления
изделий и полуфабрикатов на предприятиях стройиндустрии и
их транспортировки на строительную площадку.
Технико-экономические показатели (рис. 78) для ленточных
фундаментов, запроектированных на основаниях, уплотненных
тяжелыми трамбовками, из грунтовой подушки (кривые 1 и 2),
а также для фундаментов в вытрамбованных котлованах (кри-
207
вая 3), не зависят от величины просадочной толщи. В то же вре-
мя технико-экономические показатели свайных фундаментов
(кривые 4 и 5) существенно зависят от величины просадочной
толщи и физико-механических характеристик грунтов. Так, для
фундаментов из забивных призматических и буронабивных свай
при повышении величин просадочной толщи с 4 до 10 м стои-
мость их устройства возрастает на 25—40%, а при возрастании
консистенции с 0,1 до 0,3 — на 10—45%.
Рис. 78. Показатели сметной стоимости (а), трудозатрат (б) и расход метал-
ла (в) на устройство фундаментов блок-секции девятиэтажного жилого дома
серии 94 при различной величине просадочной толщи.
/
Наиболее экономичными из рассмотренных вариантов по всем
показателям являются фундаменты в вытрамбованных котлова-
нах. Применение их по сравнению со свайными фундаментами
на толщах просадочных грунтов 6—8 м позволяет снизить стои-
мость устройства нулевого цикла в 1,7—2,0 раза, трудоемкость
работ в 1,8—2,2 раза, расход металла в 3—4 раза.
Для II типа грунтовых условий технико-экономический ана-
лиз методов строительства на просадочных грунтах рассматри-
вается на примере возведения девятиэтажного крупнопанельно-
го жилого дома серии 480 с применением следующих вариантов
обеспечения прочности и нормальной эксплуатации [13]:
комплекс мероприятий, включающий поверхностное уплотне-
ние грунтов тяжелыми трамбовками, водозащитные и конструк-
тивные мероприятия, рассчитанные на просадки грунтов
пр ~50 см,
глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой сква-
жин на всю просадочную толщу;
уплотнение просадочных грунтов предварительным замачи-
ванием с устройством поверху грунтовой подушки толщиной 3 м;
уплотнение просадочных грунтов предварительным замачива-
нием с глубинными взрывами;
208
закрепление просадочных грунтов обжигом на всю просадоч-
ную толщу;
прорезка просадочных грунтов забивными сваями сечением
30X30 см и 40X40 см длиной 10 и 15 м;
прорезка просадочных грунтов буронабивными сваями диа-
метром 0,6 с уширением 1,6 м;
прорезка просадочных грунтов буронабивными сваями диа-
метром 1 м без уширения.
Технико-экономический анализ выполняли для наиболее ти-
пичных грунтовых условий Приднепровья, характеризующихся:
просадочной толщей Н, равной 10, 15, 20 и 25 м; расчетной про-
садкой грунта от собственного веса до 50 см; слоистым наплас-
тованием грунтов из просадочных суглинков и супесей, подсти-
лаемых непросадочными красно-бурыми суглинками с объемной
массой скелета 1,65 т/м3, консистенцией 0,2; уровнем грунтовых
вод на 2 м ниже кровли красно-бурых суглинков.
Конструкции фундаменто-подвальной части выше фундамент-
ной ленты или подушки приняты одинаковыми за исключением
варианта 1, по которому стоимость, трудоемкость и расход мате-
риалов на устройство конструктивных и водозащитных мероприя-
тий включены в технико-экономические показатели фундамен-
тов. Силы нагружающего трения принимались равными: на на-
ружные ряды свай, поверхности закрепленных уплотненных
массивов до глубины 10 м — 10 кН/м2, на глубинах 10—15 м —
15 кН/м2, 15—20 м — 20 кН/м2, 20—25 м—25 кН/м2, на внут-
ренние ряды свай и поверхности закрепленных массивов в разме-
ре 0,8 от приведенных выше величин.
Сметная стоимость и трудоемкость работ определялась так-
же, как и для I типа грунтовых условий.
Результаты технико-экономического анализа (рис. 79) позво-
ляют отметить следующее.
Наиболее экономичными по стоимости и трудоемкости явля-
ются: вариант 3 — уплотнение просадочных грунтов предвари-
тельным замачиванием и вариант 4 — уплотнение глубинными
взрывами. Эффективность их применения мало зависит от вели-
чины просадочной толщи.
Применение комплекса мероприятий по варианту 1 также не
зависит от просадочной толщи. На технико-экономические пока-
затели его оказывает влияние расстояние между осадочными
швами. При двухсекционной разрезке (вариант 1а), применяем-
мой при просадке грунтов от собственного веса до 12—18 см,
стоимость 1 м2 общей площади по сравнению с односекционной
разрезкой снижается на 3—4 руб., а трудоемкость на 0,3 чел.-
дня.
Стоимость и трудоемкость глубинного уплотнения пробивкой
скважин зависит в основном от просадочной толщи и степени
плотности грунта, т. е. расстояния между скважинами, свайных
фундаментов — от просадочной толщи и несущей способности
209
подстилающего грунта. Эти варианты более дорогие и трудоем-
кие по сравнению с применением комплекса мероприятий, осо-
бенно при толщах просадочных грунтов более 12—15 м.
Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой сква-
жин по стоимости близко к буронабивным сваям с уширениями,
но более трудоемко при значительно меньшем расходе металла
и бетона. Забивные сваи (вариант 7) рациональны при длине
их до 10—15 м. Термическое закрепление просадочных грунтов
— наиболее экономичный метод прорезки просадочных грунтов.
г
С,руб	_
Рис. 79. Показатели дополнительной сметной стоимости С (I)
и трудоемкости Q (II) на 1 м2 общей площади при применении
различных вариантов оснований и фундаментов для:
а — девятиэтажного крупнопанельного жилого дома серии 480; б —
четырнадцатиэтажного жилого дома; в — детсада на 320 мест.
Из рассмотренных вариантов наиболее неэкономичными яв-
ляются фундаменты на буронабивных сваях без уширения и на
закрепленных силикатизацией грунтах, стоимость 1 м3 которых
в данном случае 12 руб.
210
НАДЕЖНОСТЬ ПРИМЕНЯЕМЫХ МЕТОДОВ СТРОИТЕЛЬСТВА
НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ
В соответствии с развитием исследований, принципов проек-
тирования и строительства имеющийся 50-летний опыт строитель-
ства и эксплуатации зданий и сооружений можно разделить на
три основных этапа. На первом этапе, продолжавшемся до сере-
дины 50-х годов, основными мероприятиями по обеспечению ус-
тойчивости и безаварийной эксплуатации зданий и сооружений
явились водозащитные и конструктивные. Сравнительно невысо-
кая стоимость, простота их осуществления позволяли в широких,
масштабах вести строительство на просадочных лессовых грун-
тах в различных районах СССР. С применением их возведены^
такие крупнейшие заводы, как Запорожсталь, Днепровский алю-
миниевый завод, первые сооружения Южнотрубного завода в
Никополе, жилые массивы в Запорожье, Никополе, Херсоне и
др. Однако уже первый опыт эксплуатации возведенных зданий и
сооружений показал ненадежность водозащитных и недостаточ-
ность конструктивных мероприятий, рекомендуемых действовав-
шими в этот период нормативными документами. Применение
только водозащитных и конструктивных мероприятий, не рассчи-
танных на неравномерные просадки грунтов в основаниях, обыч-
но полностью исключали аварийное состояние зданий и сооруже-
ний, но не обеспечивали их нормальную эксплуатацию. В связи
с этим часто приходилось осуществлять восстановительные рабо-
ты по обеспечению нормальной эксплуатации зданий и сооруже-
ний. Стоимость этих работ достигала 30—40% от стоимости
строительства.
Все это привело, с одной стороны, к совершенствованию во-
дозащитных и конструктивных мероприятий с усилением конт-
роля за их состоянием и созданию специальных служб водоза-
щиты и, с другой, к поискам новых принципов обеспечения устой-
чивости и нормальной эксплуатации зданий и сооружений.
На первом этапе строительства были предложены и разрабо-
таны методы глубинного уплотнения просадочных грунтов грун-
товыми сваями [1], химического закрепления однорастворной си-
ликатизацией [10], термического закрепления [52], устройства
свайных фундаментов. Первый опыт их применения, за исклю-
чением отдельных случаев, 'оказался не вполне удачным, так
как вследствие высокой стоимости и трудоемкости этих методов
глубина уплотнения, закрепления, длина свай ограничивалась
глубиной активной зоны под фундаментами, что составило 0,4—
0,7 от величины просадочной толщи, и, кроме того, не учитыва-
лись закономерности развития просадочных деформаций, силы
нагружающего трения по поверхности уплотненных, закреплен-
ных массивов и свай. В результате этого при обильном замачива-
нии грунтов сверху или подъеме уровня грунтовых вод фундамен-
ты, возведенные на уплотненных, закрепленных лессовых грунтах,,
свайных фундаментах, имели недопустимые осадки. В частности».
2П
при глубине уплотнения и закрепления лессовых грунтов в
пределах (0,5—0,7) величины просадочной толщи осадки фун-
даментов коксовых батарей и дымовых труб на Баглейском кок-
сохимическом заводе равнялись 20—60 см. Аналогичная картина
наблюдалась и на ряде заводов в Никополе, Запорожье.
Второй этап строительства, начавшийся с середины 50-х го-
дов, характеризуется, в соответствии с действовавшими в то
время НиТУ 137-56, широким применением наряду с водозащит-
ными мероприятиями частичного устранения просадочных
свойств лессовых грунтов путем их поверхностного уплотнения
трамбовками, а впоследствии и устройства грунтовых подушек.
Устранение просадочных свойств лессовых грунтов в преде-
лах верхнего слоя, залегающего непосредственно под подошвой
фундаментов, при небольшой величине просадочной толщи
с I типом грунтовых условий практически полностью исключило
возможное появление просадок. При больших толщах возмож-
ность проявления и величины просадок грунтов несколько снижа-
лись, что также не всегда обеспечивало нормальную эксплуата-
цию зданий и сооружений.
Параллельно с этим на втором этапе строительства совершен-
ствовались и более широко применялись методы глубинного уп-
лотнения просадочных грунтов грунтовыми сваями, закрепления
силикатизацией и обжигом.
При подготовке СНиП П-Б.2-62 и Руководства к нему были
пересмотрены существующие принципы строительства на проса-
дочных лессовых грунтах в направлении более широкого приме-
нения проектирования оснований, фундаментов и самих зданий
по деформациях и обеспечения нормальной эксплуатации зданий
и сооружений. Благодаря этому существенно повышалась на-
дежность возводимых зданий и сооружений, но не исключалась
возможность аварийного состояния в них, так как в качестве са-
мостоятельных допускалось применение только водозащитных
и конструктивных мероприятий, разрешались неполная прорезка
сваями просадочных грунтов, устранение просадочных свойств
грунтов не на всю их глубину.
Третий этап строительства связан с дальнейшим существен-
ным развитием методов уплотнения просадочных грунтов, про-
резки их свайными фундаментами, появившимися производствен-
ными возможностями их широкого применения в массовом
строительстве. Начало его относится к концу 60-х годов, а окон-
чательное утверждение — началу 70-х годов [74, 68]. Проекти-
рование зданий и сооружений выполняется по деформациям
с обязательным обеспечением их прочности, устойчивости и нор-
мальной эксплуатации. В связи с этим не допускается применять
в качестве самостоятельных только водозащитные или конструк-
тивные мероприятия, неполную прорезку просадочных грунтов и
их частичное уплотнение и закрепление на площадках со II
типом грунтовых условий по просадочности.
212
Повышение требований к надежности возведения зданий и
сооружений на просадочных грунтах приводит к некоторому
увеличению стоимости их строительства. В то же время это пол-
ностью компенсируется нормальной эксплуатацией зданий, ис-
ключением имевших ранее место дополнительных затрат на вос-
становление пригодности и нормальной эксплуатации зданий
после проявления неравномерных просадок грунтов в основаниях.
ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЮТМЗ В НИКОПОЛЕ
Строительство Южнотрубного завода в Никополе началось
в середине 30-х годов в сложных грунтовых условиях по проса-
дочности.
Площадка ЮТЗ расположена на правом берегу Днепра на
расстоянии 2—5 км от него, сложена толщиной 30—40 м череду-
ющихся слоев лессовидных суглинков и лессов [41]. Подстила-
ются они третичными отложениями песков и на отдельных участ-
ках глин, под которыми на глубине 50—75 м от поверхности за-
легает кристаллический массив.
Уровень грунтовых вод перед началом строительства завода
располагался на глубине 32—40 м и, как правило, совпадал
с кровлей песков. В последующие годы, главным образом под
влиянием Каховского водохранилища, а также утечек воды при
эксплуатации завода, он поднялся на глубину 20—28 м от по-
верхности.
Просадочные свойства лессовых грунтов на площадке распо-
ложения завода изменяются как в плане, так и по глубине. На-
ибольшей просадочностью обладают первые слои лессовидных
суглинков и лессов, относительная просадочность которых при
давлении на грунт 0,3 МПа равняется 0,03—0,12, а при бытовом
давлении — 0,02—0,08. Второй слой лессовидных суглинков
вследствие Повышенной плотности характеризуется значительно
меньшей просадочностью, равной 0,01—0,04. Относительная про-
садочность второго слоя лессов при бытовом давлении равняет-
ся 0,01—0,05.
Величина просадочной толщи по инженерно-геологическим
исследованиям в различные годы на отдельных участках прини-
малась равной 18—26 м. Значительные колебания в оценке глу-
бины просадочной толщи, главным образом, являются результа-
том проходки шурфов недостаточной (до 12—18 м) глубины.
По данным опытного замачивания котлованов она должна быть
не менее 24—28 м.
В соответствии с колебаниями просадочной толщи изменялась
расчетная просадка от собственного веса (60—155 см). Замерен-
ные просадки от собственного веса при аварийном замачивании
грунта в районе открытого лотка ливневой канализации у цеха
№ 1 составили 1,4 м, у поглотительного колодца— 1,6 м, по
данным замачивания опытных котлованов— 1,2 м.
213
С середины 30-х по 50-е годы строительство завода осущест-
влялось в основном на естественном основании с применением
водозащитных мероприятий по планировке территории, проклад-
ке водонесущих коммуникаций в лотках, устройству водонепро-
ницаемых полов, а также конструктивных мероприятий, включа-
ющих применение малочувствительных к неравномерным дефор-
мациям конструкций зданий и возможность быстрой рихтовки
подкрановых путей.
Для контроля за состоянием водонесущих сетей, проведения
наблюдений за осадками зданий была организована служба во-
дозащиты, обеспечивающая быстрое обнаружение и ликвидацию
источников аварийного замачивания грунтов.
С 50-х по 70-е годы строительство зданий и сооружений
с мокрым технологическим процессом осуществлялось с уплотне-
нием просадочных грунтов грунтовыми сваями на глубину 14—
20 м, т. е. в пределах верхней части просадочной толщи. Здания
и сооружения без мокрого технологического процесса возводи-
лись с применением водозащитных, конструктивных мероприятий
и уплотнения просадочных грунтов в пределах верхней части
деформируемой зоны тяжелыми трамбовками или устройством
грунтовых подушек толщиной до 2—2,5 м. При этом конструктив-
ные мероприятия не рассчитывались на возможные просадки
грунтов в основаниях.
Кроме этого, на первом и втором этапах отдельные фунда-
менты под основное технологическое оборудование возводились
на .буронабивных, забивных сваях длиной до 12—14 м, столбах
из обожженного и закрепленного силикатизацией грунта на глу-
бину до 16 м, а также на глубоких опорах-стоблах, полностью
прорезающих просадочную толщу и опирающихся на пески.
Начиная с 70-х годов, здания и сооружения возводятся в ос-
новном на буронабивных сваях с полной прорезкой просадочных
грунтов, но без учета дополнительных нагрузок от сил нагружа-
ющего трения, возникающих при просадках окружающих грун-
тов от их собственного веса.
Производившиеся наблюдения показали, что в первые 10 лет
эксплуатации завода (с 1938 по 1948 гг.). уровень грунтовых вод
поднялся на 1,6—2,8 м, в период с 1948 по 1959 гг. — на 2,8—
3,6 м.
Наиболее интенсивный подъем уровня грунтовых вод проис-
ходит в последние годы. За 10 лет подъем его составил 5,7—
7,2 м. Резкое увеличение интенсивности подъема уровня грунто-
вых вод вызвано созданием Каховского водохранилища. Кесере-
дине 1970 г. уровень грунтовых вод на площадке поднялся на
8,5—13,5 м и находится на глубине 20—28 м.
Подъем уровня грунтовых вод до 1958—1959 гг. происходил
в пределах второго слоя светопалевых лессов, не обладающих
просадочными свойствами; просадки от собственного веса грун-
та территории завода, а также возведенных на ней зданий и
214
сооружений в первый период строительства отсутствовали. Наб-
людались просадки отдельных фундаментов при местном ава-
рийном замачивании грунта, величины которых не превышали
30*—’40 см.
Дальнейший подъем уровня грунтовых вод сопровождался
просадкой всей застроенной территории от собственного веса
грунта и расположенных на ней зданий и сооружений. Скорость
просадки территории и зданий составляла 20—60 мм в год, а по
отдельным участкам, на которых были возведены планировочные
насыпи, доходила до 120—150 мм в год. К началу 1970 г. сум-
марные величины осадок и просадок составли в среднем 400—
600 мм, а в отдельных случаях при наличии планировочных на-
сыпей доходили до 850—1000 мм.
Рис. 80. Изолинии равных просадок территории завода и фундаментов основ-
ных зданий и сооружений за 1961 —1967 гг. 100, 200, 300... — изолинии про-
садок, мм; в числителе номер геодезического знака, в знаменателе — просад-
ки, мм.
По данным наблюдений за просадкой фундаментов, геодези-
ческих знаков и глубинных реперов, установленных на глубинах
12—22 м, просадка грунтов от их собственного веса на террито-
рии завода началась в 1959—62 гг. и к концу 1969 г. изменилась
от 92 до 572 мм.
Анализ результатов наблю;тве Ot (рис. 80) показывает, что
просадка от собственного веса30 э^*а происходит не только на
застроенной территории, но и пределами ее (с 1961 по
1967 гг.— от нескольких миллиметров до 250—378 мм). На за-
строенной территории просадка достигает 463 мм, а фундамен-
тов цеха № 5-—621 мм.
В целом просадка от собственного веса грунта на рассматри-
ваемой Территории' проходит относительно равномерно (см.
рис. 80). Степень ее неравномерности равняется 0,5—0,8 мм на
I м, :а в отдельных местах доходит до 1,7—2,3 мм на 1 м. В то
же время по данным опытного замачивания степень неравномер-
ности просадки грунта от собственного веса при интенсивном
215
замачивании сверху равняется 30—65 мм на 1 м, т. е. в 40—60
раз выше, чем при подъеме уровня грунтовых вод.
Неравномерность проявления просадок от собственного веса
вызывается рядом факторов. Основными из них являются: изме-
нение просадочных свойств лессовых грунтов в плане и по глуби-
не, неравномерный подъем уровня грунтовых вод и зоны капил-
лярного повышения влажности, дополнительное замачивание
грунтов сверху за счет аварийных утечек производственных
сточных вод.
Не исключена возможность, что на абсолютную величину про-
садки и степень ее неравномерности могло оказать влияние мед-
ленное повышение влажности грунта в пределах всей толщи за
счет нарушений естественных условий аэрации, конденсации па-
ров и т. п. Однако главным и основным фактором, вызывающим
просадку грунта от собственного веса на территории завода, яв-
ляется подъем уровня грунтовых вод (см. рис. 20).
Одинаковый характер развития просадок глубинных реперов,
заложенных на глубину 12—20 м близ расположенных к ним
фундаментов, указывает на то, что просадка происходит за счет
сжатия слоев, залегающих ниже 12—20 м, в то время как грани-
ца, с которой начинается просадка рассматриваемых грунтов от
собственного веса при замачивании сверху, располагается на
глубине 6—9 м.
Фактическая величина просадочной толщи в районе располо-
жения наблюдательных скважин и, видимо, на всей территории
завода равняется 30—32 м.
В результате просадки территории завода от собственного ве-
са грунта происходят и просадки расположенных на ней зданий
и сооружений. При этом просадки фундаментов практически пол-
ностью совпадают с просадкой близ расположенных к ним глу-
бинных реперов и полигонометрических знаков. Разница между
ними не превышает ±5—20%.
Просадки соседних фундаментов, возведенных на различных
основаниях, в том числе и с применением силикатизации, обжи-
га, буронабивных, забивных свай с неполной прорезкой толщв
просадочных грунтов, оказываются практически одинаковыми.
Несмотря на значительные осадки фундаментов, которые на
отдельных участках к концу 1977 г. превышали 1000 мм, на про-
тяжении всего периода происходила нормальная эксплуатация
всех зданий и сооружений ЮТЗ, хотя периодически вы-
полнялись работы по рихтовке подкрановых путей (подъем под-
крановых рельс, балок, замена кранов в связи с их преждевре-
менным износом и выполнение других профилактических меро-
приятий). Все это с учетом уровня развития данной проблемы в
период строительства завода, производственных возможностей
строительных организаций позволяет считать опыт проектирова-
ния, строительства и эксплуатации ЮТЗ в сложных грунтовых
условиях Никополя весьма успешным и поучительным.
216
ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ДЕФОРМАЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ
Использование противопросадочных мероприятий в соответ-
ствии с действующими нормативами полностью обеспечивает
прочность, устойчивость и нормальную эксплуатацию зданий и
сооружений. Причины появления в зданиях недопустимых де-
формаций вследствие неравномерных просадок грунтов в основа-
ниях весьма разнообразны и связаны с ошибками, допущенными
в процессе проведения инженерно-геологических изысканий, про-
ектирования и строительства.
Инженерно-геологические изыскания являются одним из ос-
новных этапов проектирования оснований и фундаментов и в зна-
чительной мере результаты их определяют надежность, качество
проектных решений и эффективность строительства в целом.
В связи с этим основными причинами деформаций зданий и со-
оружений часто являются недостаточно полная изученность
инженерно-геологических условий участков строительства, про-
садочных свойств и характеристик грунтов. Обычно это связано
с проходкой разведочных и технических выработок недостаточ-
ной глубины, нарушением природной структуры и плотности
грунтов при отборе монолитов из скважин, неполным выполнени-
ем требований действующих нормативных документов и т. п.
В результате этого занижаются просадочность грунтов, величина
просадочной толщи, возможные просадки грунтов, иногда вместо
II типа исследуемые площадки ошибочно относят к I типу.
При проектировании оснований, фундаментов и самих зданий
иногда недооцениваются сложности и особенности инженерно-
геологических условий застраиваемых участков, неправильно оп-
ределяются возможные величины просадок грунтов от нагрузки
фундаментов и собственного веса грунта, неверно трактуются
и используются отдельные положения действующих норматив-
ных документов. Вследствие этого одной из основных причин не-
допустимых деформаций зданий и сооружений на просадочных
грунтах с I типом являются:
—	при применении в качестве основного мероприятия сниже-
ния давления на грунт до величины начального просадочного
давления — неучет возможного уменьшения его по глубине, а
также повышения суммарных напряжений с глубиной, вследст-
вие чего при повышении влажности возникают просадки грунтов
в нижних слоях грунта;
—	в случаях неполного устранения просадочных грунтов в
пределах деформируемой зоны от нагрузки фундаментов уплот-
нением тяжелыми трамбовками или устройством грунтовых
подушек — недостаточная глубина уплотнения и недооценка воз-
можной просадки ниже уплотненного слоя в пределах деформи-
руемой зоны, величина которой особенно по степени неравномер-
ности, может существенно превышать допустимую;
217
—	неполная прорезка просадочных грунтов сваями, вследст-
вие чего возможные величины просадок грунтов ниже свай с
учетом дополнительных нагрузок от них могут оказаться больше
предельно допустимых для зданий и сооружений;
— завышение несущей способности свай вследствие неучета
возможного повышения консистенции глинистых грунтов при по-
вышении их влажности, недостаточной глубины погружения свай,
использование статических, динамических испытаний свай, дан-
ных зондирования при природной влажности грунтов;
— при устройстве планировочных насыпей, подсыпок высотой
более 2—3 м неучет дополнительных нагрузок от их веса, под
влиянием которых существенно возрастают просадки грунтов и
возможен переход грунтовых условий из I во II тип по просадоч-
ности с просадкой от собственного веса грунтов более 5 см.
На просадочных грунтах со II типом грунтовых условий при
проектировании не всегда и достаточно полно учитываются:
осадки подстилающих уплотненные, закрепленные массы
грунтов от дополнительных нагрузок за счет сил нагружающего
трения;
необходимость уплотнения, закрепления грунтов на всю ве-
личину просадочной толщи, а также опирания закрепленных мас-
сивов и особенно свай на подстилающие грунты с достаточно
высокой несущей способностью;
силы нагружающего трения на свай, закрепленные массивы;
увеличение возможных величин просадок грунтов, глубины
просадочной толщи, дополнительных нагрузок от сил нагружаю-
щего трения при устройстве планировочных насыпей и подсыпок;
при применении комплекса мероприятий необходимость рас-
чета конструкций зданий на возможные просадки грунтов, обес-
печения нормальной эксплуатации лифтов, взаимодействия при
просадках грунтов отдельных частей зданий, имеющих различ-
ную высоту, глубину подвалов и т. п.
При строительстве зданий и сооружений на просадочных
грунтах иногда не в полной мере выполняются требования нор-
мативных документов по производству отдельных видов работ,
отсутствует достаточный контроль качества выполненных работ,
не выполняются требования проекта и т. п.
В наибольшей степени это проявляется при:
уплотнении грунтов различными методами— неучет того, что
максимальная эффективность уплотнения грунтов достигается
при их влажности, близкой к оптимальной, а так как уплотнение
часто выполняется при природной повышенной или пониженной
влажности, в процессе уплотнения допускаются пересушивание
или переувлажнение грунта, то эффективность уплотнения его
как по степени плотности, так и достигаемой глубине резко
снижается;
недобивке свай до проектных отметок вследствие применения
молотов недостаточного^веса, низкой прочности бетона свай, де-
218
фектов в них, отсутствия лидерных скважин и их недостаточ-
ных размеров по диаметру и глубине;
устройстве набивных свай — в недостаточной зачистке забоя
скважин, осыпании грунта в скважины в процессе их бетониро-
вания и т. п.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	А белев Ю. М. Основы проектирования и строительства на макропори-
стых грунтах. М.: Стройиздат, 1948.— 203 с.
2.	Абелев Ю. М. Явление просадки и ее закономерности для макропори-
стых глинистых (лессовых) грунтов.— В кн.: Вопросы строительства на макро-
пористых просадочных грунтах. Сб. НИИ оснований. М.: Госстройиздат, 1959,
№ 37, с. 5—8.
3.	Испытание крупнопанельного дома серии 1-480П, возведенного на про-
садочных грунтах / Абелев Ю. М., Брайт П. И., Крутов В. И. и др.— Основа-
ния, фундаменты и механика грунтов, 1962, № 2, с. 3—7.
4.	Абелев Ю. М., Крутов В. И. Возведение зданий и сооружений на насып-
ных грунтах. М.: Госстройиздат, 1962.— 148 с.
5.	Абелев Ю. М., Абелев М. Ю. Основы проектирования и строительства
на просадочных макропористых грунтах.— 2-е изд., перераб. и доп. М.: Гос-
стройиздат, 1968.— 431 с.
6.	Абелев Ю. М., Абелев М. Ю. Основы проектирования и строительства
на просадочных макропористых грунтах. М.: Стройиздат, 1979.— 271 с.
7.	Алиев С. К., Сулейманов И. А. Об одном критерии для оценки проса-
дочности лессовых грунтов: Ученые зап. АзПИ. Вопросы механики грунтов
и фундаментостроение, 1972, № 2 (17), с. 47—49.
8.	Ананьев В. П. Минералогический состав и свойства лессовых грунтов.
Ростов-на-Дону : РГУ, 1964.— 218 с.
9.	Ананьев В. П. Режим влажности и прочности лессовых грунтов в осно-
вании зданий и сооружений.— Изд. вузов. Геология и разведка, 1966, № 2,
с. 121—123.
10.	Аскалонов В. В. Силикатизация лессовых грунтов. М. : Машстройиздат,
1949.—76 с.
II.	Аскаров X. А., Ядгаров 3. X. Уплотнение лессовых просадочных грун-
тов способом подводного взрыва.— Стр-во и архитектура Узбекистана, 1967,
№ 5—6, с. 28—30.
12.	Балаев Л. Г. Зависимость величины просадочных деформаций лессо-
вых грунтов от степени их увлажнения : Науч. зап. МИИВХ. М.: МИИВХ,
1960, т. 23, с. 6—8.
13.	Технико-экономический анализ методов устройства оснований и фун-
даментов на просадочных грунтах со II типом грунтовых условий по просадоч-
ности / Бандасаров Ю. А., Валеев Р. X., Крутов В. И., Губенко В. И.— Основа-
ния, фундаменты и механика грунтов, 1977, № 4, с. 6—9.
14.	Пути повышения экономической эффективности устройства оснований
и фундаментов на просадочных грунтах с I типом по просадочности / Багда-
саров Ю. А., Валеев Р. X., Крутов В. И., Виниковский М. И.— Основания,
фундаменты и механика грунтов, 1979, № 5, с. 3—5.
15.	Власов Ю. В. О распределении напряжений под столбчатыми фунда-
ментами на вытрамбованном основании: Тр. НИИЖТа. Новосибирск, 1970,
вып. 106, с. 21—24.
16.	Вронский А, В. Влияние характера изменения жесткости основания
-по длине зданий на напряженное состояние их конструкций.— Основания, фун-
даменты и подземные сооружения. М.: Стройиздат, 1970, № 59, с. 30—32.
219
17.	Галицкий В. Г., Круглов И. Н., Эйд у к Р. П. Глубинное уплотнение
просадочных грунтов станками ударно-канатного бурения.— Основания, фун-
даменты и механика грунтов, 1966, № 4, с. 18—20.
18.	Гельфандбейн А. М., Геллис Л. А. Неравномерные вертикальные и
горизонтальные деформации просадочных грунтов. Киев : Буд1вельник, 1967.—
74 с.
19.	Гильман Я. Д-, Ананьев В. П. Строительные свойства лессовых грун-
тов и проектирование оснований и фундаментов. Ростов-на-Дону: РГУ»
1971.— 131 с.
20.	Гильман Я- Д>, Логутин В. В. Расчет лессовых оснований с примене-
нием модели двухслойной среды.— В кн.: Строит, конструкции. Киев : Буд1вель-
ник, 1977, вып. 30, с. 70—72.
21.	Голубков В. Н. Исследование зоны уплотнения грунта в основании
опытных штампов.— Основания, фундаменты и механика грунтов, 1959, vf3 2,
с. 16—19.
22.	Гольдштейн М. И., Шугаев В. В. О характере деформации лессовых
грунтов под фундаментами в процессе замачивания.— В кн.: Вопросы строи-
тельства на лессовых грунтах. Воронеж: ВГУ, 1961. — 204 с.
23.	Гольдштейн М. Н. Некоторые результаты новых исследований проса-
дочных грунтов и способов строительства на них. — В кн. Геотехника в
строительстве. Вып. 1. Вопросы строительства на просадочных грунтах. М.:
Стройиздат, 1966, с. 5—7.
24.	Гольдштейн М. Н., Макаренко Н. М. Об определении просадочных
свойств лессовых грунтов.— Основания, фундаменты и механика грунтов, 1970»
№ 6, с. 10—13.
25.	Природа прочности и деформационные особенности лессовых пород f
Горькова И. М.» Окнина Н. А., Душкина Й. А., Рябичева К. П. М.: Наука»
1964.— 148 с.
26.	ГОСТ 22733-77. Грунты. Метод лабораторного определения -4 макси-
мальной плотности. М.: Изд. стандартов, 1978.
27.	ГОСТ 23161-78. Грунты. Метод лабораторного определения характе-
ристик просадочности. М.: Изд. стандартов, 1978.
28.	Григорян А. А. Опытное замачивание просадочного грунта в г. Херсо-
не.— Основания, фундаменты и механика грунтов, 1962, № 1, с. 12—15.
29.	Григорян А. А., Иванов Ю. К Прогноз просадки грунтовой толщи при
замачивании через небольшой в плане глубокий источник.— Основания, фун-
даменты и механика грунтов, 1968, № 6, с. 31—33.
30.	Григорян А. А., Григорян Р. Г. Экспериментальное изучение сил «отри-
цательного трения» по боковой поверхности свай при просадке грунтов от
собственного веса.— Основания, фундаменты и механика грунтов, 1975, № 5»
с. 10—13.
31.	Гупаленко В. А., Руденко А. А. Исследование работы буронабивных
свай и уплотненных массивов при просадках окружающих их грунтов от соб-
ственного веса.— Основания, фундаменты и механика грунтов, 1976, № 2»
с. 17—19.
32.	Денисов Н. Я. О природе просадочных явлений в лессовидных суглин-
ках. М.: Сов. наука, 1946. — 175 с.
33.	Денисов Н. Я. Строительные свойства лесса и лессовидных суглинков..
М.: Стройиздат, 1953.— 145 с.
34.	Инструкция по проектированию бескаркасных жилых домов, строя-
щихся на просадочных грунтах с применением комплекса мероприятий. РСН
297-78. Киев : НИИСП, 1978.— 106 с.
35.	Кириллов А. А., Фролов Н. Н. Гидротехнические сооружения на ороси-
тельных системах в лессовых грунтах. М.: Сельхозиздат, 1963. — 271 с.
36.	Клепиков С. Н. Расчет зданий на неравномерные осадки основания.—
Стр-во и архитектура, 1964, № 1, с. 16—17.
37.	Клепиков С. И., Сайко В. А. К расчету фундаментов из буронабивных
свай в условиях просадочных грунтов II типа.— В кн.: Основания и фундамен-
ты. Киев : Буд1вельник, 1980, вып. 13, с. 53—55.
220
38.	Ковалев А. С. Исследование совместного влияния глубины и ширины
выемок на величину просадочных деформаций грунта под действием их соб-
ственного веса.— В кн.: Конструкции жилых и общественных зданий : Сб. науч,
тр. КиевЗНИИЭП. Киев, 1979, с. 24—26.
39.	Косицын Б. Д. Статический расчет крупнопанельных и каркасных зда-
ний. М.: Стройиздат, 1971.— 215 с.
40.	Кригер Н. И. Лесс, его свойства и связь с географической средой. М.:
Наука, 1965.— 296 с.
41.	.Крутов В. И. Расчет фундаментов на просадочных грунтах. М.: Строй-
издат, 1972.— 176 с.
42.	Крутов В. И., Филина И. И. Расчет горизонтальных перемещений при
просадке лессовых грунтов от собственного веса.— Основания, фундаменты и
механика грунтов. М.: Госстройиздат, 1972, № 2, с. 56—58.
43.	Крутов В. И., Дьяконов В. П. Расчет просадки лессовых грунтов от
собственного веса с учетом формы и размеров увлажненной зоны.— Основа-
ния, фундаменты и механика грунтов, 1973, № 3, с. 12—14.
44.	Уплотнение просадочных грунтов / Крутов В. И., Галицкий В. Г., Му-
саелян А. А. и др. М. : Стройиздат, 1974.— 207 с.
45.	Крутов В. И., Попсуенко И. К. Устранение просадок лессовых грунтов
от собственного веса путем армирования лессовой толщи.— Основания, фун-
даменты и механика грунтов, 1976, № 6, с. 17—19.
46.	Крутов В. И., Короткова О. Н. Расчет просадок лессовых грунтов
от собственного веса при устройстве выемок.— Основания, фундаменты и ме-
ханика грунтов, 1978, № 1, с. 38—40.
47.	Крутов В. И., Рафалъзук В. Л., Власов Ю. В. Фундаменты в вытрам-
бованных котлованах с уширенным основанием.— Основания, фундаменты и
механика грунтов, 1978, № 3, с. 3—5.
48.	Крутов В. И., Булгаков В. И., Короткова О. Н. Влияние степени по-
вышения влажности на строительную просадочность и уплотнение лессовых
грунтов. — Основания, фундаменты и механика грунтов, 1980, № 1, с. 19—22.
49.	Крутов В. И, Учет сил нагружающего трения на уплотненные, закреп-
ленные массивы и сваи.— В кн.: Основания и фундаменты. Киев : Буд1вельник,
1980, вып. 13, с. 61—63.
50.	Крутов В. И. Эффективные виды оснований и конструкций фундамен-
тов на просадочных грунтах со II типом грунтовых условий по просадочно-
сти.— В кн.: Проектирование и строительство зданий и сооружений на лессо-
вых просадочных грунтах. Барнаул: Кн. изд-во, 1980, с. 3—5.
51.	Ларионов А. К., Приклонский В. А., Ананьев В. П. Лессовые породы
СССР и их строительные свойства. М.: Госгеолтехиздат, 1959.— 363 с.
52.	Литвинов И. М. Глубинное уплотнение просадочных грунтов. Киев :
Буд1вельник, 1969.— 184 с.
53.	Л ишак В. И. Расчет крупнопанельных зданий на неравномерные осад-
ки основания. М.: ЦНТИ по строительству, 1968.— 78 с.
54.	Ломизе Г. М. Зависимость просадочности от напряженного состояния
лессового грунта.— Гидротехн. стр-во, 1959, № 11, с. 8—10.
55.	Ломизе Г. М. Расчет просадочных лессовых грунтов.— Гидротехн.
стр-во, 1969, № 7, с. 6—8.
56.	Михеев В. В. О номенклатурном критерии просадочных грунтов.—
Основания, фундаменты и механика грунтов, 1962, № 5, с. 12—15.
57.	Мустафаев А. А. Каналы на просадочных грунтах. Баку, Кн. изд-во,
1961.—277 с.	>
58.	Мустафаев А. А. Основы механики просадочных грунтов. М.: Строй-
издат, 1978.— 263 с.
59.	Мустафаев А. А. Расчет оснований и фундаментов на просадочных
грунтах. М.: Высш, школа, 1979. — 368 с.
60.	Попсуенко И. К-, Руденко А. А., Марков А. И. Осадки зданий, возве-
денных на грунтах со II типом по просадочности.— Основания, фундаменты и
механика грунтов, 1980, № 1, с. 6—8.
61.	Рабинович И. Г. Расчет увлажненных зон в лессовых просадочных
грунтах.— Основания, фундаменты и механика грунтов, 1976, № 5, с. 35—37.
221
62.	Рабинович И. Г. Формирование увлажненной зоны в лессовидных про-
садочных грунтах под источниками замачивания: Сб. НИИОСП. М.: Строй-
издат, 1980, № 70, с. 46—48.
63.	Разоренов В. Ф. Пенетрационные испытания грунтов. М.: Стройиздат,
1979.— 248 с.
64.	Рекомендации по проектированию унифицированных зданий в слож-
ных грунтовых условиях. Киев : НИИСП, 1972.— 104 с.
65.	Розенфельд И. А., Вайнберг А. С. К вопросу о взаимодействии зданий
с просадочным основанием.— Основания, фундаменты и механика грунтов.
Киев : Буд1вельник, 1971, с. 10—12.
66.	Рубенштейн А. Л. Прогноз деформации сооружений на лессовых про-
садочных грунтах.— Гидротехника и мелиорация, 1965, № 4, с. 17—19.
67.	Руководство по лабораторному определению деформационных и проч-
ностных характеристик просадочных грунтов. М.: Стройиздат, 1975.— 58 с.
68.	Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений. М.:
Стройиздат, 1977.— 376 с.
69.	Руководство по производству и приемке работ при устройстве осно-
ваний и фундаментов. М. ’.Стройиздат, 1977.— 241 с.
70.	Сквалецкий Е. Н. Влияние глубины выемки на просадочные деформа-
ции.— Гидротехника и мелиорация, 1978, № 5, с. 34—36.
71.	Гидротехнические изыскания на застроенных территориях / Смир-
нов Р. А., Богданов В. И., Грыза А. А., Солода А. Г. Киев : Буд1вельник, 1973.—
136 с.
72.	Соколов Н. М., Крутов В, И., Сорочан Е. А. Строительство крупнопа-
нельных зданий на просадочных грунтах. М. : Стройиздат, 1965.— 192 с.
73.	Соколович В. Е. Новое в химическом закреплении грунтов.— Основа-
ния, фундаменты и механика грунтов, 1971, № 2, с. 5—7.
74.	СНиП II-15-74. Основания зданий и сооружений. М.: Стройиздат,
1975. —46 с.
75.	СНиП Ш-9-74. Основания и фундаменты. М.: Стройиздат, 1975.—
52 с.
76.	СНиП 11-17-77. Свайные фундаменты. М.: Стройиздат, 1978.
77.	Токарь Р. А. Что называется лессовым грунтом : Сб. ВИОС, 1935, № 5,
с. 8—10.
78.	Токарь Р. А. Количественная характеристика макропористых (лессо-
видных) грунтов : Сб. ВИОС, 1937, № 7, с. 9—11.
79.	Трофименков Ю. Г., Воропаев Л. М. Полевые методы исследования
строительных свойств грунтов. М. : Стройиздат, 1974.— 176 с.
80.	Фролов Н. Н., Ковалев А. С. Пути совершенствования прогнозирова-
ния просадочных и послепросадочных деформаций лессовых грунтов в мелио-^
ративном строительстве.— Основания, фундаменты и механика грунтов, 1980,
№4, с. 18—20.
81.	Швец В. Б. Исследование эффективности уплотнения лессовых грун-
тов оснований тяжелыми трамбовками : Сб. НИИ оснований. М.: Стройиздат,
1959, № 37, с. 51—53.
82.	Цытович Н. А. Механика грунтов. М.: Госстройиздат, 1963.— 636 с.
83.	Цытович Н. А., Абелев М. Б., Сидорчук В. Ф., Полищук А. И. Экспери-
ментальные исследования напряженно-деформированного состояния лессовых
грунтов в основании жестких штампов.— Основания, фундаменты и механика
грунтов, 1979, № 3, с. 17—19.
84.	Юшин А. И. Особенности проектирования фундаментов зданий на
основаниях, деформируемых горными выработками. М.: Стройиздат, |980.—
135 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ...................................................... 3
РАЗДЕЛ I. ОСОБЕННОСТИ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ......................... 5
Глава I. Основные характеристики просадочных грунтов ...	5
Глава П. Закономерности развития просадочных деформаций . .	22
Глава IIГ. Взаимодействие просадочных грунтов с уплотненными,
закрепленными массивами и сваями..................................43
Глава IV. Инженерно-геологические исследования просадочных грун-
тов ..............................................................58
РАЗДЕЛ II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ .	.	70
Глава V. Расчет просадок грунтов и фундаментов....................70
Г л а в а VI. Учет сил нагружающего трения на уплотненные, закреп-
ленные массивы и сваи .	....................................  87
Глава VII. Проектирование оснований и фундаментов на просадоч-
ных грунтах .....................................................102
Глава VIII. Расчет зданий на просадки грунтов....................121
РАЗДЕЛ III. УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИИ И ФУНДАМЕНТОВ .	135
Глава IX. Уплотнение просадочных грунтов тяжелыми трамбовками 135
Глава X. Устройство грунтовых подушек............................147
Глава XI. Фундаменты в вытрамбованных котлованах . .	.	154
Глава XII. Уплотнение просадочных грунтов предварительным за-
мачиванием ......................................................177
Глава XIII. Глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой
скважин .........................................................193
Глава XIV. Опыт строительства и эксплуатации зданий и сооруже-
ний на просадочных грунтах ..................................... 207
Список литературы .	.............................219

БИБЛИОТЕКА СТРОИТЕЛЯ
СЕРИЯ: ИНЖЕНЕРУ-ПРОЕКТИРОВЩИКУ
Владимир Иванович Крутов
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ
Редакторы В. И. Пархоменко, В. А. Кочан
Художественный редактор Н. Г. Аникина
Технический редактор О. Г. Шульженко
Корректоры И, Н. Басенко, Н. М. Мирошниченко
Информ, бланк № 1760
Сдано в набор 03.07.81. Подписано в печать 03.03.82. БФ 04158. Формат 60X90716. Бумага
типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 14. Усл. кр.-отт.
14,32. Уч.-изд. л. 14,81. Тираж 19 000 экз. Изд. № 43—81. Зак. № 1633. Цена 90 к.
Издательство «Буд1вельник». 252053 Киев-53, Обсерваторная, 25.
Киевская фабрика печатной рекламы им. XXVI съезда КПСС,
252067, Киев-67 Выборгская, 84.
Крутов В. И.
К84 Основания и фундаменты на просадочных грунтах.—
К.: Буд1вельник, 1982. — 224 с., ил.— (Б-ка строителя. Ин-
женеру-проектировщику).— Библиогр.: с. 219—222.
В книге описываются основные особенности и характеристики просадочных
грунтов, закономерности развития деформаций от нагрузок фундаментов, соб-
ственного веса грунта, освещено взаимодействие свай, фундаментов, закреплен-
ных массивов, приведены методы уплотнения грунтов. Даны методы расчета
осадок оснований и фундаментов под зданиями, расположенными на просадоч-
ных грунтах. 'Рассчитана на проектировщиков, инженеров-строителей и изыска-
телей.
, 3203000000—020
К------------------34.82
М203(04)—82
ББК 38.58+38.654.1
6С4.03+6С6.1